Bernard Bonnard

L’objectif de cet exposé est de présenter les techniques de contrôle optimal dites géométriques, développées dans le cadre de projets en collaboration avec le CNES, sur deux problèmes de mécanique spatiale : le calcul de l’arc atmosphérique d’une navette spatiale et le problème de transfert orbital. Ces deux problèmes ayant été réactualisés avec le projet des lanceurs récupérables pour le premier, et la technologie de la propulsion faible pour le second. Dans les deux cas, on utilise le principe du maximum et des techniques de calcul de points conjugués, combinées avec des méthodes géométriques et numériques, pour évaluer la trajectoire optimale.

Pour le transfert orbital, on étudie les problèmes optimaux du temps minimal (le temps de transfert pouvant être de l’ordre d’une année) ou de la maximisation de la masse finale, dans le cadre de la poussée faible. On fait une étude géométrique du système qui permet de comprendre l’effet des directions de poussée. On présente des résultats théoriques et numériques pour calculer la loi optimale pour le transfert optimal vers l’orbite géostationnaire. Le problème moyenné est associé à un problème riemannien. Ce résultat permet de calculer numériquement les trajectoires optimales des problèmes initiaux, en appliquant une technique de continuation.

Pour le problème de rentrée atmosphérique, la situation est différente : il y a l’effet du frottement atmosphérique et la poussée est coupée, dans cette phase le contrôle étant la portance (la navette est un planeur). Par ailleurs la rentrée est rapide et il y des contraintes actives sur l’état, en particulier sur le flux thermique. Le critère est le facteur d’usure. Nos travaux ont permis de calculer la structure de la trajectoire optimale, évaluée ensuite numériquement avec une méthode de tir multiple, pour les conditions du cahier des charges du CNES.