Centrale Inertielle

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Hitman458
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Message par Hitman458 » 18 décembre 2018, 11:21

Salut à tous,

Je suis entrain de programmer une centrale inertielle pour KSP (j'ai fabriqué un AGC et je veux l'interfacer avec KSP), mais certaines choses m'échappent et j'aimerai que quelqu'un puisse m'éclairer un peu.

Pour la mise en contexte :
Dans le cas d'Apollo, la plateforme stable de la centrale inertielle (IMU, Intertial Measurement Unit) est équipée de 3 gyroscopes orthogonaux et des 3 accéléromètres orthogonaux (PIPA, Pulsed Integrating Pendulous Accelerometer)
Les accéléromètres intègrent, donc ils mesurent les changements de vitesse (delta-v) de 1cm/s pour le LM (Lunar Module) et de 5.85cm/s pour le CM (Comand Module).
La plateforme stable est montée sur 3 cardans dont l'orientation angulaire est mesurée par le CDU, Control Data Unit.

Est-ce que quelqu'un peu confirmer le raisonnement suivant ou bien le contredire ?

Un référentiel "absolu" :
La plateforme stable est sensée garder la même orientation dans un référentiel disons "absolu", c'est à dire que les axes X, Y, Z devraient toujours pointer les mêmes étoiles.
A ce que j'ai pu comprendre les centrales inertielles finissent toujours par "drifter" et il faut régulièrement les re-regler. Ça vient de l'intégration de l'erreur sur la mesure de l’accélération.
La notion de référentiel absolu est un peu étrange, il mesurerait le mouvement du système solaire, le mouvement de la galaxie, du groupe local, etc. On pourrait peut être négliger tout ça pour un vol de quelques jours et supposer qu'on pointe toujours les mêmes étoiles lointaines.

La mesure de la rotation de la Terre:
Si ma fusée est posée sur le pas de tir pendant 24h, je m'attend à ce que la plateforme stable fasse un tour sur elle même en 24h dans le référentiel de la fusée, car la fusée posée sur le pas de tir tourne avec la Terre.
Il semble qu'en réalité ça ne soit pas le cas. Cette rotation de la plateforme stable est contrée par les forces de friction au nivau des axes de rotation des cardans.
Autrement dit, la plateforme stable subit une "force de rotation" due à la rotation de la Terre (une force du type Coriolis) mais les forces de friction des cardans sont supérieures à cette "force de rotation" et empêchent la rotation de la plateforme stable.
Donc impossible de mesurer la rotation de la Terre avec des gyroscopes. Ça dépend peut être de la dimension des gyroscopes, de la même manière que les pendules de Foucault font plusieurs mètres de haut.

La mesure de déplacement d'un vaisseau dans l'espace:
Si tous les propulseurs sont éteints, le vaisseau ne subit que la force de gravité des astres qui l'entourent. Il accélère donc dans le champs de gravité.
Il semblerait que ces accéléromètres ne soient pas assez précis pour détecter ces variations de vitesse. Les accéléromètres ne peuvent que détecter les variations de vitesse assez important et qui sont engendrés par les propulseurs.

La déformation de l'espace temps/la chute libre/le référentiel inertiel/le principe d'équivalence:
Je ne sais pas comment expliquer ça proprement avec des mots, la théorie de la relativité nous dit que l'espace temps est déformé.
Le vaisseau est en chute libre, il suit une trajectoire rectiligne uniforme le long d'une géodésique courbe de l'univers. Il s'agit d'une ligne droite qui se courbe en suivant la forme de l'univers.
En réfléchissant au principe d'équivalence et au référentiel inertiel de la centrale inertielle, je m'attend à ce qu'une centrale inertielle ne mesure pas d’accélération en X, Y, Z car elle est simplement en chute libre le long d'une "ligne droite courbe".

En conclusion,
lors d'une phase de vol non propulsée, on ne peut pas utiliser la centrale inertielle pour connaitre sa position. Seules les équations de Newtons permettent de déterminer sa trajectoire.
La centrale inertielle doit être recalibrée avant chaque manœuvres et permet uniquement de mesurer l'effet de la manœuvre.

Bref tout ça pour que je puisse coder une centrale inertielle dans KSP et envoyer des vraies données à mon AGC....

Ca serait gentil si quelqu'un pouvait partager son savoir.
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Rothor
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Re: Centrale Inertielle

Message par Rothor » 17 janvier 2019, 17:42

Salut Hitman,

Je peux t'aider si tu as toujours besoin d'explication. Ton message est un peu vieux, mais mieux vaut tard que jamais ;)
Un référentiel "absolu"...
Un référentiel "absolu", ca n'existe pas en mécanique classique. Un des principes de fondateur de la mécanique, c'est justement de dire qu'il n'existe pas de référentiel "absolu". On parle plutôt de référentiel "galiléen" ou "inertiel" (Référentiels qui ne sont soumis à aucune force). Et l'un des principes fondateurs de la mécanique est de dire que les référentiels inertiels sont en mouvement rectiligne uniforme les uns par rapport aux autres. C'est le principe de relativité galiléenne.
En pratique les référentiels galiléens n'existent pas (La force de gravité est présente partout), mais on peut utiliser des référentiels qui s'en approche suffisamment. Pour un voyage vers la lune par exemple, un référentiel centré sur la terre convient très bien. Mais pour un voyage vers mars, il est préférable de choisir un référentiel centré sur le soleil.
Le centre du référentiel que l'on choisit dépend de ce que l'on fait, mais ce qui ne change pas en revanche, c'est qu'on choisit toujours un référentiel dont les axes sont fixes. Et traduire cela par une référentiel dont les axes pointent toujours les mêmes étoiles lointaines est une excellente approximation.
Dans une centrale inertielle, l'orientation des axes du référentiel est donné par les gyroscopes. Le pointage vers les étoiles lointaines est un moyen très précis pour les recalibrer. Car en effet, ces appareilles sont soumis à un "drift" en raison des aux forces de frottements internes.
La mesure de la rotation de la Terre
Oui ^^ rien de plus à ajouter
La mesure de déplacement d'un vaisseau dans l'espace
Les accéléromètres ne peuvent mesurer l'accélération de la pesanteur, c'est vrai. Mais ce n'est pas une question de précision. Aussi précis soient-ils, ils en seront toujours incapables. C'est dû à une particularité étonnante de la force de gravité : Tous les corps tombent à la même vitesse.
Un accéléromètre mesure la poussée que lui communique l'objet sur lequel il est fixé. En d'autre terme, il mesure la force d'interaction entre lui-même et son support. Dans le champs de gravité, moteurs éteints, un accéléromètre "tombe" à la même vitesse que la fusée. Il est en apesanteur par rapport à la fusée, et ne subit donc aucune force de la part de celle-ci.
La déformation de l'espace temps/la chute libre/le référentiel inertiel/le principe d'équivalence:
oulà ! oui, l'idée est là, mais c'est un peu plus compliqué que cela. Les systèmes de coordonnée en relativité générale, c'est...compliqué. Comme je viens de le dire au-dessus, on explique très bien en mécanique classique pourquoi un accéléromètre est incapable de mesurer l'accélération de la pesanteur. Pas besoin d'invoquer la relativité générale.
En conclusion, ...
Oui, la centrale inertiel mesure l'accélération (hors gravité). En ajoutant la force de gravité (loi de Newton), et en intégrant une première fois, on calcule la vitesse. En intégrant une seconde fois, on obtient la position.
La centrale inertielle doit être recalibrée avant chaque manœuvres et permet uniquement de mesurer l'effet de la manœuvre.
Absolument ;)

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Dakitess
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Re: Centrale Inertielle

Message par Dakitess » 18 janvier 2019, 18:03

Je n'avais pas vu passer ce message et ces questions super intéressantes :o

Rothor à tout dit ! Merci d'y avoir répondu et de l'avoir par la même occasion remonté :)
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Re: Centrale Inertielle

Message par Hitman458 » 06 février 2019, 20:22

Merci Rothor pour tes réponses ;)

C'est très clair et précis. Je vais voir maintenant comment je peux coder ça dans KSP.

La version mécanique classique :
Tous les corps tombent à la même vitesse.
[...] Dans le champs de gravité, moteurs éteints, un accéléromètre "tombe" à la même vitesse que la fusée. Il est en apesanteur par rapport à la fusée, et ne subit donc aucune force de la part de celle-ci
On pourrait transposer ça dans la RG en disant que la centrale inertielle se trouve dans le même référentiel inertiel que le vaisseau.
La centrale et le vaisseau suivent la même géodésique.
Du coup ma 4iem question répondait à la 3iem.

Ca serait alors la même chose selon ces 2 points de vues.

Rothor, tu as l'air de bien t'y connaitre en physique, j'ai 2 ou 3 questions qui n'ont strictement rien à voir avec la centrale inertielle.
Disons que j'ai 2h30 de route par jour pour aller/revenir au boulot et que je me fait tellement chier sur la route que je fini par me demander comment fonctionne l'univers, mais je connais personne avec un bagage scientifique pour me répondre....

J'me suis demandé à quoi ressemblerait une chute libre vers/dans un trou noir, je pense que je vais ouvrir un autre sujet en espérant t'y retrouver.
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Re: Centrale Inertielle

Message par Rothor » 07 février 2019, 13:56

On pourrait transposer ça dans la RG en disant que la centrale inertielle se trouve dans le même référentiel inertiel que le vaisseau.
La centrale et le vaisseau suivent la même géodésique.
Oui. En mécanique classique, les référentiels en chute libre sont des référentiels accélérés (par la force de gravité). Et ce ne sont donc pas des référentiels inertiels. En relativité générale par contre, la gravitation n'est plus une force, c'est une propriété de l'espace. Les référentiels en chute libre ne subissent aucune force. C'e sont bien des référentiels inertiels.
Rothor, tu as l'air de bien t'y connaitre en physique, j'ai 2 ou 3 questions qui n'ont strictement rien à voir avec la centrale inertielle...J'me suis demandé à quoi ressemblerait une chute libre vers/dans un trou noir, je pense que je vais ouvrir un autre sujet en espérant t'y retrouver.
Je travaille actuellement dans l'informatique, mais j'ai fait des études d'ingénieur en mécanique. Et même si ca remonte un peu, il me reste encore quelques notions en mécanique classique :) La relativité générale par contre, je connais assez mal. Mais y a pas de soucis pour en discuter, au contraire, ca m'intéresse.

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Re: Centrale Inertielle

Message par Hitman458 » 07 février 2019, 21:32

Cool, du coup, mon post ou j'essaie de comprendre la chute libre dans un trou noir et une analogie sur la sensation de mesurer un univers en expansion accélérée.

J'en ai d'autres des idées comme ça, mais ça sera plus tard dans un autre topic sur l'intrication quantique.

J'ai fait des études d'ingénieur en informatique pour devenir... ingénieur en informatique (bon en fait j'ai fait du dev en école, pour finir dans l'IT).
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