Thèse soutenue

Opérations de proximité en orbite : évaluation du risque de collision et calcul de manoeuvres optimales pour l'évitement et le rendez-vous
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Auteur / Autrice : Romain Serra
Direction : Denis ArzelierAude Rondepierre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique
Date : Soutenance le 10/12/2015
Etablissement(s) : Toulouse, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....) - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] [LAAS]
Jury : Président / Présidente : Hasnaa Zidani
Examinateurs / Examinatrices : Denis Arzelier, Aude Rondepierre, Arnaud Boutonnet, Mioara Joldes, Bruno Salvy
Rapporteurs / Rapporteuses : Joseph-Frédéric Bonnans, René Henrion

Résumé

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Cette thèse traite de l'évitement de collision entre un engin spatial opérationnel, appelé objet primaire, et un débris orbital, dit secondaire. Ces travaux concernent aussi bien la question de l'estimation du risque pour une paire d'objets sphériques que celle du calcul d'un plan de manoeuvres d'évitement pour le primaire. Pour ce qui est du premier point, sous certaines hypothèses, la probabilité de collision s'exprime comme l'intégrale d'une fonction gaussienne sur une boule euclidienne, en dimension deux ou trois. On en propose ici une nouvelle méthode de calcul, basée sur les théories de la transformée de Laplace et des fonctions holonomes. En ce qui concerne le calcul de manoeuvres de propulsion, différentes méthodes sont développées en fonction du modèle considéré. En toute généralité, le problème peut être formulé dans le cadre de l'optimisation sous contrainte probabiliste et s'avère difficile à résoudre. Dans le cas d'un mouvement considéré comme relatif rectiligne, l'approche par scénarios se prête bien au problème et permet d'obtenir des solutions admissibles. Concernant les rapprochements lents, une linéarisation de la dynamique des objets et un recouvrement polyédral de l'objet combiné sont à la base de la construction d'un problème de substitution. Deux approches sont proposées pour sa résolution : une première directe et une seconde par sélection du risque. Enfin, la question du calcul de manoeuvres de proximité en consommation optimale et temps fixé, sans contrainte d'évitement, est abordée. Par l'intermédiaire de la théorie du vecteur efficacité, la solution analytique est obtenue pour la partie hors-plan de la dynamique képlérienne linéarisée.