Etude de la trajectoire d'Ariane 5

Bonjour a tous!

Deux amis et moi sommes en 1ere année de classe préparatoire et nous sommes attirés par l'astronautique.
Nous devons présenter à nos professeurs un TIPE : c'est en quelque sorte un exposé mais beaucoup plus poussé. Le thème de cette année est le temps c'est à dire que notre sujet doit comporter des éléments ayant rapport avec le temps. L'exposé repose sur les mathématiques, la physique et les sciences de l'ingénieur.
Nous avons donc décidé de nous intéresser à l'étude de la trajectoire d'Ariane 5 lors d'une de ses missions.
Nous pensions nous pencher plus particulièrement sur la mise en orbite du troisième étage.
J'en arrive aux questions qui j'espère seront trouvées un interlocuteur.
Avez-vous des infos sur les calculateurs utilisés pour la mission? Si oui, pouvez-vous nous expliquer.
Comment corige-t-on une erreure de trajectoire? (de la détection de cette erreur jusqu'à la rectification)

Merci d'avance.

Bonjour, et bienvenu par ici.

Voici déjà le manuel d'Ariane 5 :
http://www.arianespace.com/site/documents/Ariane5_users_manual_Issue4.pdf
De mémoire, il y a au moins le profil d'accélération le long de la trajectoire, et quelques chiffres de tolérances sur la trajectoire.

A+

Je suis sur que tu peux répondre, Agnès ;)

geoffrey a écrit:Nous avons donc décidé de nous intéresser à l'étude de la trajectoire d'Ariane 5 lors d'une de ses missions.
Nous pensions nous pencher plus particulièrement sur la mise en orbite du troisième étage.

Ariane 5 a un 3ème étage ? :suspect:

Blink / Pamplemousse a écrit:Ariane 5 a un 3ème étage ? :suspect:

Elle emporte un étage Frégate... qui peut être assimilé à un 3ème étage (même à un quatrième si l'on compte les boosters)

mic8 a écrit:

Blink / Pamplemousse a écrit:Ariane 5 a un 3ème étage ? :suspect:

Elle emporte un étage Frégate...

T'es sûr de ton coup, là ? J'ai jamais entendu parlé d'une Ariane-Fregat.
C'est pas l'EPS qui met les satellites à poste ?

mic8 a écrit:qui peut être assimilé à un 3ème étage (même à un quatrième si l'on compte les boosters)

Perso, je compte les boosters comme des demi-étages seulement.

Blink / Pamplemousse a écrit:

geoffrey a écrit:Nous avons donc décidé de nous intéresser à l'étude de la trajectoire d'Ariane 5 lors d'une de ses missions.
Nous pensions nous pencher plus particulièrement sur la mise en orbite du troisième étage.

Ariane 5 a un 3ème étage ? :suspect:

Non, off course, tu as raison.
2 étages : EPC et supérieur (ESC-A ou EPS selon la version), et les EAP en booster.

C'est vrai que la dénomination des étages est assez bizarre pour Ariane5
J'ai cru comprendre que ce qu'on appelle le 1er étage est constitué des EAP et de l'EPC, et le 2è étage est l'EPS (version ergols stockables) ou l'ESC-A (version ergols cryo). Pour ce 2è étage, je parle plutôt d'ES (étage supérieur), comme ça, pas de problème de numéro !!

En ce qui concerne ta question Geoffrey, la trajectoire d'Ariane 5 (et de tout lanceur d'ailleurs) est corrigée en temps réel par le programme de vol (logiciel chargé dans les ordinateurs de bord). En gros, le lanceur sait où il doit aller : en phase propulsée 3è étage, il vise une orbite pré-déterminée (c'est l'orbite visée pour les satellites, calculée à l'avance, avant le vol), en phase balistique, pour la mise à poste des satellites, il vise des orientations et des conditions cinématiques là aussi pré-déterminées en fonction des demandes satellites.
Donc, le lanceur sait où il doit aller, et sait à peu près où il est, grâce aux centrales inertielles. En fonction de ça, le programme de vol génère les commandes nécessaires pour atteindre la consigne. Là, c'est de l'automatique, vous le verrez en Sciences de l'Ingénieur.
Et ainsi de suite : les commandes vont modifier la position et l'orientation du lanceur, le programme de vol génère de nouvelles commandes pour atteindre les consignes ....

Tibret a écrit:C'est vrai que la dénomination des étages est assez bizarre pour Ariane5
J'ai cru comprendre que ce qu'on appelle le 1er étage est constitué des EAP et de l'EPC, et le 2è étage est l'EPS (version ergols stockables) ou l'ESC-A (version ergols cryo). Pour ce 2è étage, je parle plutôt d'ES (étage supérieur), comme ça, pas de problème de numéro !!

Personnellement, je ne considère pas les boosters commes des étages à part entière, c'est plus simple. Pour moi, l'EPC c'est le premier étage, l'EPS (ou l'ESC) c'est le deuxième étage. Ce qui nous fait deux étages et demi.
Et donc logiquement:
STS: 1 étage et demi.
Ariane 1: 3 étages.
Ariane 3: 3 étages et demi.
La GSLV indienne est un peu particulière, puisque les "boosters" fonctionnent plus longtemps que le "1er étage". Donc là, je considère les "boosters" comme le 1er étage, et le "1er étage" comme le 2ème étage. Suis-je clair ? :suspect:

Tibret a écrit:
En ce qui concerne ta question Geoffrey, la trajectoire d'Ariane 5 (et de tout lanceur d'ailleurs) est corrigée en temps réel par le programme de vol (logiciel chargé dans les ordinateurs de bord). En gros, le lanceur sait où il doit aller : en phase propulsée 3è étage, il vise une orbite pré-déterminée (c'est l'orbite visée pour les satellites, calculée à l'avance, avant le vol), en phase balistique, pour la mise à poste des satellites, il vise des orientations et des conditions cinématiques là aussi pré-déterminées en fonction des demandes satellites.
Donc, le lanceur sait où il doit aller, et sait à peu près où il est, grâce aux centrales inertielles. En fonction de ça, le programme de vol génère les commandes nécessaires pour atteindre la consigne. Là, c'est de l'automatique, vous le verrez en Sciences de l'Ingénieur.
Et ainsi de suite : les commandes vont modifier la position et l'orientation du lanceur, le programme de vol génère de nouvelles commandes pour atteindre les consignes ....

Très intéressant. Pendant le lancement, quels sont les senseurs et actionneurs utilisés pour le contrôle (en dehors de la centrale inertielle) ?
Quels types de lois de commandes sont utilisés ? Y a-t-il plusieurs "phases" de vol, avec des équipements et contrôles différents ?

merci

Proteus a écrit:
Très intéressant. Pendant le lancement, quels sont les senseurs et actionneurs utilisés pour le contrôle (en dehors de la centrale inertielle) ?
Quels types de lois de commandes sont utilisés ? Y a-t-il plusieurs "phases" de vol, avec des équipements et contrôles différents ?

merci

Senseurs : centrales inertielles dans la case et blocs gyroscopiques sur les EAP
actionneurs : toutes les tuyères (EAP, EPC, ESC ou EPS, mais aussi toutes les tuyères du système de contrôle d'attitude et de roulis: SCAR sur l'ESCA, SCR sur l'EPC) + les vérins

...

LosGarba a écrit:

Senseurs : centrales inertielles dans la case et blocs gyroscopiques sur les EAP
actionneurs : toutes les tuyères (EAP, EPC, ESC ou EPS, mais aussi toutes les tuyères du système de contrôle d'attitude et de roulis: SCAR sur l'ESCA, SCR sur l'EPC) + les vérins

Donc si je comprend bien une fois que les EAP sont largués, il n'y a plus que la centrale inertielle comme senseur?
C'est pas un peu juste ?

Je crois que dans la case à équipements au-dessus de l'EPC, on a deux centrales inertielles, non ?

Il y a effectivement 2 centrales sur la case, une nominale et une redondante

Tibret a écrit:Il y a effectivement 2 centrales sur la case, une nominale et une redondante

Donc pour répondre à une précédente question, oui, passé la séparation EAP il n'y a qu'une information inertielle (l'autre centrale étant redondante, elle n'est pas utilisée). Une centrale, ca fait quand même 3 ou 4 accéléromètres et 3 gyroscopes, donc c'est bien assez pour savoir où on est :) . Les blos fyros qui sont dans les EAP sont un "plus" nécessaire en raison des modes dynamiques qui peuvent perturber les mesures des centrales inertielles en début de vol.

Pour ce qui est des algorithmes, rien de révolutionnaire : généralement LQG (des classiques de l'automatisme), sauf en vol EAP où depuis quelques temps c'est une loi de commande dite Hinfini, un peu plus chiadée.

Les calculateurs sont d'antiques 68000. C'est suffisant pour faire tourner Mas Os 1 et piloter une fusée 8-) .

Ariane 5 fonctionne grace :suspect: au mac ??? :?: :suspect: you hou !ah bas windaube ^^

yoann a écrit:Ariane 5 fonctionne grace :suspect: au mac ??? :?: :suspect: you hou !ah bas windaube ^^

Et oui, le processeur est le même que celui d'un mac, mais attention, d'un mac de nos grands pères, pas un I-chose moderne. Le système d'exploitation est par contre un machin comme dans les systèmes temps réels, style avion ou missile (un noyau ada temps réel ou quelque chose du genre).

chapi a écrit:

yoann a écrit:Ariane 5 fonctionne grace :suspect: au mac ??? :?: :suspect: you hou !ah bas windaube ^^

Et oui, le processeur est le même que celui d'un mac, mais attention, d'un mac de nos grands pères, pas un I-chose moderne. Le système d'exploitation est par contre un machin comme dans les systèmes temps réels, style avion ou missile (un noyau ada temps réel ou quelque chose du genre).

Oui mais ces processeurs de l'âge de nos grands-pères dont tu parles, ne sont pas trop lent au niveau du temps de traitement de l'information ? :suspect:

Asphalte a écrit:Oui mais ces processeurs de l'âge de nos grands-pères dont tu parles, ne sont pas trop lent au niveau du temps de traitement de l'information ? :suspect:

Non, la preuve ça marche très bien.
C'est le cas pour beaucoup de matériel dans le spatial et dans l'aéronautique, mais ça ne s'utilise pas comme le PC ou le Mac de bureau. On ne s'amuse pas à changer régulièrement un matériel qui a été validé et qualifié pour sa tache sinon on s'expose à de mauvaises surprises. Et quand on le fait (pour cause d'obsolescence souvent), c'est assez fastidieux.

Asphalte a écrit:Oui mais ces processeurs de l'âge de nos grands-pères dont tu parles, ne sont pas trop lent au niveau du temps de traitement de l'information ? :suspect:

Ce qui mobilise principalement les micro-processeurs de nos ordinateurs domestiques actuels, ce sont les tratements graphiques, ce qui n'existe pas dans le cas d'un lanceur.
Le Motorola 68000 est un processeur très robuste qui a été utilisé dans grand nombre de machines, pas seulement les premiers Mac. En outre, ce n'est pas le processeur lui-même qui fait l'aquisition. Il y a des systèmes dédiés qui s'en chargent. Pour les calculs, si je me souviens bien, le 68000 est cadencé à des vitesses de l'ordre du MégaHertz. Un million d'opération à la seconde, c'était déjà pas mal à l'époque de la conception des systèmes de l'Ariane 5.

chapi a écrit:

Pour ce qui est des algorithmes, rien de révolutionnaire : généralement LQG (des classiques de l'automatisme), sauf en vol EAP où depuis quelques temps c'est une loi de commande dite Hinfini, un peu plus chiadée.

Très intéressant. J'avais entendu que la commmande était passée au Hinfini, et même que quelqu'un avait gagné un prix pour ça.
Si c'est pas indiscret, quelles sont les marges de stabilité (l'ordre de grandeur) ? Un collègue m'avait sorti une valeur il y a quelque temps, je sais plus combien mais ça m'avait paru ridiculement bas...

Steph a écrit:Non, la preuve ça marche très bien.
C'est
le cas pour beaucoup de matériel dans le spatial et dans
l'aéronautique, mais ça ne s'utilise pas comme le PC ou le Mac de
bureau. On ne s'amuse pas à changer régulièrement un matériel qui a été
validé et qualifié pour sa tache sinon on s'expose à de mauvaises
surprises. Et quand on le fait (pour cause d'obsolescence souvent),
c'est assez fastidieux.

mic8 a écrit:Ce qui mobilise principalement les micro-processeurs de nos ordinateurs domestiques actuels, ce sont les tratements graphiques, ce qui n'existe pas dans le cas d'un lanceur.
Le Motorola 68000 est un processeur très robuste qui a été utilisé dans grand nombre de machines, pas seulement les premiers Mac. En outre, ce n'est pas le processeur lui-même qui fait l'aquisition. Il y a des systèmes dédiés qui s'en chargent. Pour les calculs, si je me souviens bien, le 68000 est cadencé à des vitesses de l'ordre du MégaHertz. Un million d'opération à la seconde, c'était déjà pas mal à l'époque de la conception des systèmes de l'Ariane 5.

Merci pour vos informations Cela dit c'est vrai qu'il ne me viendrait jamais à l'esprit de comparer les PC que nous utilisons nous à ceux utilisés pour Ariane 5, c'est incomparable. Ce serait comme comparé un cheval de course a un cheval de "loisir", c'est la même base mais pas utilisé de la même façon :)

[quote="Proteus"]

chapi a écrit:

Très intéressant. J'avais entendu que la commmande était passée au Hinfini, et même que quelqu'un avait gagné un prix pour ça.

Quelqu'UNE en l'occurence : http://www.astrium.eads.net/press-center/press-releases/2002/175 ... mais c'est bien sûr le travail de nombreuses personnes qui a été récompensé par ce prix... des universitaires qui ont rendu applicable les notions très théoriques de Hinfini aux ingénieurs pilotage du CNES et de l'Aérospatiale.

Quelques infos sur A5 et les lanceurs en général: www.ieec.fcr.es/english/formacio/cva/apunts/R._Benassar/GTD%20Presentation%20020805.pdf

De mémoire chaque calculateur A5 contient deux cartes processeur, l'une destinée aux calculs et utilisant un couple 68020/68881 et l'autre destinée aux entrées sorties et au controle des bus 1553, un seul 68020. Il me semble que la fréquence des CPU est de 15 MHz, mais je n'en suis pas très sur.
Les processeurs tournent avec les caches désactivés pour maximiser le déterminisme.

La charge de calcul de chaque CPU doit se situer autour de 50%.

Coté soft, c'est principalement de l'ADA83 avec un noyaux temps réel ARTK, d'AONIX. Autant que faire se peut, c'est du full ADA. Il y a quelques parties en assembleur.

Spec de besoin: Aérospatiale (les Mureaux)
Spec du calculateur Matra (Toulouse)
Réalisation du calculateur SAAB (Göteborg)

Spec de besoin des logiciels dits LN1 et LN2 Aérospatiale (les Mureaux) (LN1 couches basses, LN2: API coms et temps réel)
Spec de réalisation LN1 et LN2 Matra (Toulouse)
Codage LN1 et LN2: Dornier (Fridriechshafen)

LN3 (programme de vol) Aérospatiale (les Mureaux) + Société de codage dont j'ai oublié le nom

Boot software du calculateur: SAAB (Göteborg)

Intégration case à équipements y compris softs sur calculateurs: Matra (Toulouse)

Bien entendu tout cela avec la bénédiction du CNES Evry (lanceurs).

Si vraiment nécessaire, je dois pouvoir retrouver des détails sur ces calculateurs. :sage:


Bons Vols.