Le succès des missions spatiales repose de plus en plus souvent sur la coopération entre différents engins spatiaux. Le rendez-vous en orbite est une pratique aussi ancienne que la conquête spatiale et qui a généré de nombreux travaux depuis les années 50. Cependant, les motivations et objectifs des récentes missions de rendez-vous orbital ont largement évolués. En effet, les besoins d'une autonomie accrue, d'une plus grande flexibilité et de réduction du coût sont une incitation forte au développement de nouvelles méthodes de guidage et contrôle. Ainsi, la sécurité de chaque mission impose des restrictions sur les trajectoires de rendez-vous. En même temps, les technologies embarquées impliquent la prise en compte des limitations des actionneurs et des imperfection des capteurs. Ce contexte nouveau génère des défis scientifiques que les algorithmes développés dans cette thèse tente de relever. Les travaux de cette thèse sont basées sur l'analyse structurelle des expressions décrivant le mouvement relatif entre deux véhicules en orbite. Une nouvelle paramétrisation du mouvement relatif est déduite de cette analyse. Elle permet de caractériser les trajectoires relatives qui respectent un ensemble de contraintes. En utilisant ce résultat, un lien formel est développé entre les paramètres définissant des trajectoires relatives inscrites dans un polyèdre et le cône des matrices semi définies positives. Ce lien est ensuite exploité dans des algorithmes de design de trajectoires pour des opérations de proximité, sous hypothèse de poussée impulsionnelle. Ces algorithmes ont, entre autre, la propriété de permettre la satisfaction des contraintes sur la trajectoire de manière continue dans le temps, tout en utilisant les outils numériques de la programmation convexe. Le problème spécifique de la robustesse des manœuvres aux incertitudes de la chaîne de mesure est aussi abordé dans ce manuscrit. Des approches de type commande prédictive sont mises en place afin de garantir aux opérations une précision souhaitée en présence de perturbations.
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