Le système Astro-Nav du SR-71 Blackbird suivait les étoiles même en plein jour
(theaviationgeekclub.com)- Le SR-71 Blackbird devait mener de longues missions de reconnaissance à grande vitesse avant l’arrivée des réseaux de navigation par satellite, et le Nortronics NAS-14V2 ANS corrigeait sa position à l’aide des étoiles
- L’équipement situé derrière le cockpit du RSO observait les étoiles via une lentille supérieure pour mettre à jour le système de navigation inertielle ; la précision du guidage sur route était d’au moins 90 m, soit environ 300 pieds
- Le SR-71, capable de voler jusqu’à 10 heures, devait maintenir sa position à moins de 1 885 pieds et rester à moins de 300 pieds de l’axe de sa trajectoire ; l’ANS assurait cette navigation de précision
- L’ANS suivait au moins deux étoiles issues de son catalogue embarqué et calculait sa position par rapport au sol à l’aide d’un chronomètre ; grâce à une fenêtre spéciale en quartz et à un suiveur d’étoiles, il pouvait voir les étoiles même en plein jour
- Le 2 juillet 1967, lors d’un vol d’entraînement du SR-71A #17972, une panne de l’ANS a conduit Jim Watkins et Dave Dempster à entrer par erreur dans l’espace aérien mexicain
La navigation stellaire dont le SR-71 avait besoin
- Le SR-71 était un avion de reconnaissance stratégique Mach 3+ à long rayon d’action, dérivé des Lockheed A-12 et YF-12A
- Le premier vol du SR-71 a eu lieu le 22 décembre 1964, et le premier appareil déployé opérationnellement a été livré en janvier 1966 à la 4200th, puis à la 9th Strategic Reconnaissance Wing, sur la Beale Air Force Base en Californie
- Dans un article de Lockheed Martin, Kelly Johnson se souvenait que le Blackbird appartenait à une catégorie totalement différente des avions précédents et qu’il avait fallu « tout inventer »
- Forte de l’expérience du programme A-12, l’US Air Force a estimé qu’un équipage de deux personnes était nécessaire pour exploiter le SR-71 en toute sécurité
- Le pilote était chargé du pilotage de l’avion et de la surveillance des systèmes automatiques
- Le Reconnaissance Systems Officer, ou RSO, gérait les caméras, les capteurs, les systèmes de défense et les systèmes de navigation
Le R2-D2 installé derrière le RSO
- Le RSO exploitait les équipements de surveillance et de défense installés à bord de l’avion
- Cela incluait un système sophistiqué de Electronic Counter Measures capable de brouiller la plupart des radars d’acquisition et de ciblage
- Le Nortronics NAS-14V2 Astroinertial Navigation System, ou ANS, faisait également partie des équipements gérés par le RSO
- Selon la Smithsonian Institution, l’ANS fournissait au SR-71 des corrections rapides de position par navigation astronomique
- L’ANS était installé derrière le cockpit du RSO et, après la sortie du film Star Wars en 1977, il a reçu le surnom de R2-D2
- Il calculait la position de navigation à partir des étoiles observées via la lentille située sur le dessus de l’appareil, et cette valeur servait à mettre à jour le système de navigation inertielle et au guidage sur route
- La précision du guidage sur route était d’au moins 90 m, 300 pieds
- Certains avions et systèmes de missiles actuels utilisent des versions améliorées comme solution de secours au GPS
Un ANS qui fonctionnait comme un GPS des années 1960
- L’ANS se rapprochait d’un GPS des années 1960, mais utilisait les étoiles plutôt que des satellites pour déterminer sa position
- À une époque où les réseaux modernes de navigation par satellite n’existaient pas, aucune autre solution ne permettait d’obtenir la précision requise dans les zones d’opération du SR-71
- Le SR-71 devait conserver une position très précise même pendant des vols à grande vitesse pouvant durer jusqu’à 10 heures
- Il devait pouvoir fixer sa position à moins de 1 885 pieds, 575 m
- Il devait rester à moins de 300 pieds, 91 m de l’axe de sa trajectoire
- L’ANS fournissait des objectifs précis situés en territoire hostile
- Cet équipement était un gyrocompas capable de détecter la rotation de la Terre même lorsque le SR-71 se trouvait encore sur la piste avant le décollage
- Le RSO pouvait comparer les coordonnées d’un point sur la piste avec les valeurs de l’ANS, et les deux correspondaient presque toujours exactement
Programmation avant vol et observation des étoiles en plein jour
- L’ANS suivait simultanément au moins deux étoiles de son catalogue embarqué et, avec l’aide d’un chronomètre, calculait la position du SR-71 par rapport au sol
- Avant chaque vol, l’alignement de base de l’avion et le plan de vol étaient enregistrés sur une bande perforée
- La bande perforée fournissait à l’avion les informations suivantes
- Où aller
- Quand virer
- Quand activer et désactiver les capteurs
- Les étoiles étaient observées à travers une fenêtre en quartz spéciale située derrière le cockpit du RSO
- Le suiveur d’étoiles spécial pouvait voir les étoiles même en plein jour
- Toutes les missions n’utilisaient pas les mêmes étoiles : elles variaient selon la zone de vol
- Si l’avion volait dans l’hémisphère sud, seules les étoiles visibles depuis cette zone étaient utilisées, mais il n’est pas confirmé que le SR-71 ait effectivement volé dans l’hémisphère sud
Fiabilité et limites révélées en exploitation réelle
- Une fois le SR-71 arrivé à sa vitesse et à son altitude de croisière, la mission se concentrait sur la collecte d’informations au moyen de caméras et de capteurs au-dessus de pays hostiles ou potentiellement hostiles
- Le colonel de l’Air Force Jim Watkins décrivait le vol à 85 000 pieds et Mach 3 comme une « expérience presque religieuse »
- Parmi les RSO, on disait à propos de l’ANS que « personne ne peut brouiller ou abattre le soleil, la lune, les planètes ou les étoiles »
- Le 2 juillet 1967, Jim Watkins et Dave Dempster ont effectué leur première sortie internationale à bord du SR-71A #17972
- Lors de cette mission d’entraînement, une panne de l’ANS s’est produite, et l’équipage est entré par erreur dans l’espace aérien mexicain
1 commentaires
Avis de Hacker News
Au début des années 1990, j’ai créé Pocket Stars, une appli de carte du ciel et d’éphémérides pour Windows Mobile, qui a brièvement été à la mode.
À l’origine, elle servait aux navigateurs hauturiers à calculer leur position géographique à partir de trois observations au sextant ou plus, en cas de panne du GPS, mais, pour des raisons difficiles à comprendre, un sous-traitant militaire israélien en a acheté en grande quantité.
C’était probablement pour que les chars et les troupes puissent s’orienter même après la panne de tous les autres équipements électroniques, et ça a été mon petit enchevêtrement façon Dr. Strangelove de 15 minutes.
C’était un savoir organisationnel qui avait disparu dans l’US Navy, mais qui subsistait chez les garde-côtes ; l’objectif était la navigation dans des zones où le GPS ne pouvait pas être utilisé.
https://slate.com/technology/2015/10/u-s-naval-academy-reins...
Je plaisante, mais je n’ai presque pas honte d’avoir fait du développement WinMo autrefois.
Si je reconstitue ça de mémoire sans googler, ça ressemble à l’ambiance d’un bar de la fin du XXe siècle où l’on s’échangeait des faits invérifiables.
Un vieil ami de ma défunte mère, ingénieur à la retraite, disait être l’inventeur de la boîte de thon à deux étages et distribuait des chutes de pièces moulées en titane provenant de l’activité qu’il exploitait.
Il possédait deux cylindres de cristal de quartz poli, probablement d’environ 8 x 4 pouces, si plats qu’avec une goutte d’alcool entre les deux, il était difficile de les séparer verticalement.
Il affirmait que ces objets provenaient du système de navigation des missiles nucléaires Polaris, et que celui-ci naviguait en observant les étoiles, en les comparant à des horodatages ultraprecis, avec quelque chose comme une table de journaux en mémoire à tores.
Désolé s’il y a des erreurs, mais il était assez convaincant, et cette fois j’écris en gardant Google éteint.
Il y avait beaucoup de géométrie.
Pendant la guerre froide, des lancements d’essai de missiles étaient effectués depuis des sous-marins au large de la Californie ; les missiles traversaient le territoire continental des États-Unis et retombaient au large de la Floride.
Les Soviétiques envoyaient toujours des « bateaux de pêche » pour mesurer les essais, mais les garde-côtes ne les chassaient pas ; au contraire, on voulait que les Soviétiques sachent à quel point ces missiles étaient précis.
C’est étonnant de voir ce que la technologie analogique permettait.
https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_flat#Wringing
Je ne sais pas pourquoi un système de navigation de missile utilisait des plans optiques, mais ça m’intrigue.
Il disait devoir lancer une simulation pour déterminer s’il fallait renvoyer un système de guidage Trident à la Navy pour remanufacturage après qu’un cariste l’avait fait tomber.
La caisse de transport semblait intégrer un détecteur de mauvais traitement, probablement avec, sur trois axes, des masses calibrées suspendues à de fins fils, afin d’estimer une plage d’accélération maximale en regardant quels fils avaient rompu.
On m’a dit qu’une fois sorti de la majeure partie de l’atmosphère, le dispositif de guidage du bus MIRV ouvrait un cache d’objectif et photographiait les étoiles.
À ce moment-là, le bus MIRV était en rotation, donc le télescope balayait une portion assez large du ciel, mais il prenait la photo à un instant très précis, et la zone d’intérêt n’était qu’un assez petit morceau de ciel.
On m’a dit que la constellation observée était comparée à une référence stockée afin de recalibrer la centrale inertielle, puis qu’une rotation servait à confirmer le champ d’étoiles, la suivante à vérifier la correction, avant de commencer aussitôt à séparer les ogives individuelles.
Recalibrer une centrale inertielle avec une fenêtre d’observation aussi courte paraît étrange, mais il est aussi très possible qu’on m’ait volontairement donné de mauvaises informations pour éviter de divulguer par erreur des informations TS/SCI à un stagiaire non habilité.
Les détails des systèmes de guidage sont fascinants, mais il est dommage que l’usage principal du guidage de très haute précision soit l’armement.
Dans une vitrine du laboratoire, il y avait un accéléromètre gyroscopique intégrateur pendulaire de la centrale inertielle d’Apollo ; c’était dommage que si peu de personnes puissent entrer pour le voir.
On peut aussi voir de près des systèmes de navigation comme les gyroscopes.
C’est intéressant, car les occasions d’observer de près et en détail ce niveau d’ingénierie sont rares.
J’ai pris quelques photos lors d’une visite il y a une dizaine d’années.
C’est un petit musée, assez fouillis, mais il possède aussi des pièces uniques, comme une maquette du Miles M.52 et un véritable Fairey Jet Gyrodyne.
https://museumofberkshireaviation.co.uk/html/exhibits/cheval...
https://www.flickr.com/photos/stevecargill/albums/7217772030...
Ça ressemble à une forme de navigation à l’estime ; quelqu’un peut-il expliquer le lien entre l’observation des étoiles et des disques plats en quartz ?
La formule « [il était] assez puissant pour voir les étoiles même en plein jour » est assez étrange
À 85 000 pieds, qui est aussi l’altitude de croisière du SR-71, le concept de « ciel diurne » bleu qui masque la vue de l’espace n’existe pas au-dessus, seulement en dessous
À cette altitude, la diffusion de Rayleigh n’est pas suffisante pour gêner une caméra cherchant des étoiles à comparer à une carte du ciel
En pratique, quand on est à peu près à mi-chemin de l’espace, les étoiles sont toujours visibles, d’où l’usage de la navigation stellaire
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atmos/blusky.html
Il existe des brevets intéressants liés au capteur d’étoiles de ce dispositif, notamment au gradient du fond de ciel
Personnellement, je trouve les brevets de Northrop plus intéressants que ceux de Lockheed, et dans tous les cas les brevets indiquent l’usage d’un filtre passe-infrarouge pour augmenter le contraste
Le capteur est essentiellement un détecteur analogique à verrouillage/synchrone, avec un obturateur rotatif et un prisme en coin qui fait précesser le champ stellaire autour de l’axe de visée
Dans la plupart des brevets, le composant clé est l’obturateur, avec différents motifs, et Northrop a proposé une conception assez astucieuse
Le photomultiplicateur produit un signal modulé en fréquence : la porteuse vient de l’obturateur, et la fréquence de modulation vient de la différence entre le prisme et l’obturateur
En mesurant la phase et l’amplitude du signal modulé, on peut orienter le télescope vers l’étoile, et le gain de codage apporté par le verrouillage est considérable
Commentaires précédents :
https://news.ycombinator.com/item?id=27084261
https://news.ycombinator.com/item?id=23238437
https://airandspace.si.edu/webimages/collections/full/NAS-14...
La diffusion étant proportionnelle à la quatrième puissance de la fréquence, elle diminue fortement lorsqu’on descend dans l’infrarouge
C’est aussi pour cela que le ciel est bleu ; si nous pouvions le voir, il serait en fait plus proche de l’ultraviolet
Les logiciels d’identification pour l’astrophotographie sont aussi devenus assez bons, au point qu’il était amusant de prendre une capture d’écran de film et de déterminer si les étoiles étaient réelles et si l’hémisphère était le bon
En revanche, sans connaître l’heure et l’orientation de la caméra, on ne peut pas s’en servir pour déterminer une position
Au Evergreen Aerospace Museum de McMinnville, dans l’Oregon, on peut voir ce dispositif et l’avion de près
Un autre équipement embarqué du Blackbird, marqué DEF-H, y est également exposé : il ressemble à une simple boîte blanche, on peut le voir, mais il est impossible de savoir à quoi il sert
Sur les photos, on ne se rend pas bien compte de l’échelle, mais en vrai c’était un avion immense
Je ne suis pas spécialiste, mais je comprends que l’A-12 était en quelque sorte une version bêta de l’appareil qui a fini par donner le SR-71
https://sandiegoairandspace.org/collection/item/lockheed-a-1...
Outre ce dispositif, il abrite aussi le Spruce Goose, le plus grand avion en bois de l’histoire, et il est vraiment gigantesque
https://www.evergreenmuseum.org/exhibit/the-spruce-goose/
http://www.sr71.us/sr_sensors_pg3.htm
Dans un registre un peu différent, hier, Hokulea, une réplique de pirogue hauturière polynésienne traditionnelle, est arrivée à San Francisco
Elle a navigué avec des méthodes non instrumentales, notamment l’observation des étoiles
https://www.sfchronicle.com/bayarea/article/hokulea-polynesi...
Le premier voyage de Hokulea remonte à 1975, et depuis, elle effectue des traversées autour du monde pour montrer et préserver les anciennes méthodes polynésiennes d’orientation
Une chaîne d’information locale a aussi consacré un sujet à un précédent voyage, en 2014, avec une vidéo résumant comment les anciens navigateurs utilisaient les étoiles comme repères
https://youtu.be/dla3RoQo37M
Il est assez connu que ce savoir, idéalement transmis en mer sur le terrain, a failli disparaître
Mais aujourd’hui, il existe des personnes dans la trentaine capables de naviguer grâce aux étoiles, aux sons, à la forme et aux motifs des vagues, à la disposition des nuages et aux oiseaux
https://manoa.hawaii.edu/exploringourfluidearth/physical/nav...
De même, il existe des personnes capables de s’orienter dans le désert, même si la plupart des dunes de sable changent constamment
Justement, je discutais avec des collègues des meilleures conditions pour les vagues de surf
Les bonnes vagues en Californie commencent par des tempêtes de l’autre côté du Pacifique, et les vagues parcourent des milliers de miles pendant plusieurs jours sans s’affaiblir de façon notable
Si vous vous intéressez au SR-71 et aux autres avions de reconnaissance de la guerre froide, le livre Skunk Works de Ben Rich est passionnant, avec beaucoup de détails amusants sur le processus de développement.
Autre fait intéressant : en 2025, le premier vol du SR-71 basculera dans une période de l’histoire où il était plus proche du Wright Flyer que de nous aujourd’hui.
J’ai créé en JavaScript un sextant numérique / ordinateur de navigation d’exemple.
Comme la prise en charge du contrôle de la caméra par les navigateurs est limitée, ce n’est pas très pratique, mais on arrive généralement à une position à moins de 10 miles de l’emplacement réel.
Je l’ai surtout conçu comme un exemple montrant le fonctionnement de l’algorithme, pour une présentation à la Louisville Astronomical Society.
App :
https://www.celestialprogramming.com/apps/celestialfix/sexta...
Vidéo de la présentation, avec un son très faible :
https://www.youtube.com/watch?v=5kAqcZYmWjA&t=5s
J’ai réalisé une implémentation très rudimentaire de caméra stellaire : https://nickp.svbtle.com/star-cameras
On la voit dans le code source, mais on dirait qu’il n’utilise que deux étoiles ; je me demande comment cela fonctionne.
D’après ce que je sais, ASTAP et Astrometry.Net utilisent trois ou quatre étoiles et calculent les angles et distances entre elles.
Il est intéressant de noter qu’il n’est pas établi que le SR-71 ait volé dans l’hémisphère Sud.
S’il ne l’a effectivement jamais fait et que le système n’était pas conçu pour cela, c’était un choix de conception assez audacieux.
Il vaut donc peut-être mieux supposer que ce qui n’a pas été testé ne fonctionne pas du tout, et vivre avec cette limite.
Le problème paraît tellement prévisible que j’ai du mal à croire avoir vraiment entendu cette histoire, et je ne trouve pas non plus les bons mots-clés pour la rechercher sur Google.
Cela pourrait simplement vouloir dire qu’il fallait utiliser deux étoiles visibles uniquement depuis l’hémisphère Sud.
https://airandspace.si.edu/webimages/collections/full/NAS-14...
Quand j’ai entendu parler pour la première fois de navigation astronomique pour missiles, ça m’a paru futuriste, façon Star Trek.
Mais maintenant que je fais souvent de l’astrophotographie, c’est simplement devenu un outil de plus que j’utilise.
Le principe est très simple : on prend une photo du ciel nocturne et, si l’on connaît la focale de l’appareil et la taille des pixels, on peut savoir en quelques secondes exactement où pointe son télescope, avec une précision de 2,5 secondes d’arc.
Il existe aussi une méthode à l’aveugle, sans aucune information sur le télescope ni la caméra, mais elle prend alors quelques minutes.
Aujourd’hui, une personne ordinaire, avec du matériel ordinaire, peut estimer instantanément des choses qui, autrefois, auraient demandé de gros efforts aux meilleurs observatoires du monde.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_ephemeris