Fusée (astronautique) - Définition
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Le guidage et le pilotage
La fusée suit une trajectoire précise qui doit lui permettre de placer sa charge utile sur une orbite calculée adaptée à sa mission. Cette trajectoire doit répondre à plusieurs contraintes dont celle critique de la consommation de carburant. Un système de guidage et de pilotage embarqué calcule en permanence en temps réel la position et l'attitude de la fusée, corrige l'orientation et déclenche la séparation des étages.
Le guidage
Avant l'envol de la fusée une trajectoire dite nominale est calculée pour permettre de placer la charge utile sur l'orbite désirée (vitesse horizontale, direction). Cette trajectoire optimise la consommation de carburant et répond à un certain nombre d'autres contraintes.
La trajectoire réelle diffère de la trajectoire nominale pour différentes raisons :
- durant la traversée de l'atmosphère les conditions de vent rencontrées ne sont pas exactement celles prévues
- la masse de la fusée et les performances des moteurs peuvent différer un peu de ce qui est prévu par le calcul fait au sol.
Le système de guidage fait en sorte que la trajectoire nominale soit respectée. Il doit corriger les déviations en réorientant la fusée et éventuellement en prolongeant le temps de combustion des étages.
Le système de guidage détermine l'écart avec la trajectoire nominale à l'aide d'accéléromètres qui mesurent les accélérations et de gyromètres qui mesurent les vitesses de rotation angulaire. Il envoie des instructions au système de pilotage.
Le pilotage
Le système de pilotage corrige la trajectoire en modifiant l'orientation de la poussée du ou des moteur de quelques degrés ce qui entraine le pivotement du lanceur autour de son centre de masse. La plupart des moteurs-fusées (propergol liquide) sont orientables à l'aide de vérins électriques (petits moteurs de quelques kilogrammes) ou des vérins hydrauliques. Le pilotage est asservi c'est-à-dire que le résultat des corrections est constamment contrôlé et éventuellement corrigé à nouveau.
Le pilotage doit également prendre en compte les phénomènes suivants :
- La fusée est généralement instable durant la traversée de l'atmosphère c'est-à-dire que les forces aérodynamiques tendent à modifier l'orientation de la fusée dans un sens qui tend à accroître encore cette force : en effet la résultante des forces aérodynamiques se situe en avant du centre de masse surtout avec les coiffes volumineuses des fusées modernes. Il faut que le système de pilotage corrige très rapidement toute modification de l'orientation sinon la fusée se met en travers de la trajectoire et les contraintes exercées sur sa structure la détruisent alors. Les fusées plus anciennes (Ariane 1, V2) étaient naturellement stables grâce à de grands empennages qui ont été abandonnés sur les lanceurs modernes car ils constituent une masse trop importante et empêchent l'installation d'accélérateurs.
- La fusée longue et construite avec des matériaux légers est souple et a tendance à vibrer. Le système de guidage doit envoyer des commandes pour atténuer ces oscillations, en évitant de les amplifier en entrant en harmonie avec elles (plusieurs fusées Vanguard furent détruites peu après leur décollage à cause d'une méconnaissance du phénomène).
La précision de la trajectoire obtenue par ce pilotage peut alors être inférieure à 1 m/s et quelques centaines de mètres en périgée sur Ariane 5 (sur 10 000 m/s précision de 10-4)
