Les ingénieurs qui conçoivent la mission de défense planétaire Hera de l'ESA vers la paire d'astéroïdes Didymos développent une technologie de pointe pour permettre au vaisseau spatial de se diriger lui-même dans l'espace, adoptant une approche similaire pour les voitures autonomes.

"Si vous pensez que les voitures autonomes sont l'avenir sur Terre, alors Hera est le pionnier de l'autonomie dans l'espace lointain, " explique Paolo Martino, ingénieur système en chef de la mission Hera proposée par l'ESA. "Bien que la mission soit conçue pour être entièrement opérée manuellement depuis le sol, la nouvelle technologie sera testée une fois que les objectifs principaux de la mission seront atteints et que des risques plus élevés pourront être pris."

Hera fait actuellement l'objet d'un travail de conception détaillée, avant d'être présenté aux ministres européens de l'espace lors du Conseil ministériel Space19+ en novembre. Le vaisseau spatial examinera une minuscule lune de 160 m de diamètre de l'astéroïde Didymos de 780 m de diamètre, au lendemain d'une expérience pionnière de défense planétaire.

"Le vaisseau spatial fonctionnera comme un véhicule autonome, fusionner les données de différents capteurs pour construire un modèle cohérent de son environnement, " dit les directives de l'ESA, ingénieur de navigation et de contrôle (GNC) Jesus Gil Fernandez.

"La source de données la plus cruciale d'Hera sera sa caméra de cadrage d'astéroïdes, combiné avec les entrées d'un star-tracker, altimètre laser, caméra infrarouge thermique plus capteurs inertiels, y compris les accéléromètres."

L'autonomie qui en résulte devrait permettre à Hera de naviguer en toute sécurité au plus près à 200 mètres de la surface du plus petit astéroïde 'Didymoon', permettant l'acquisition d'observations scientifiques à haute résolution jusqu'à 2 cm par pixel – axées en particulier sur le cratère d'impact laissé par le vaisseau spatial américain DART s'écrasant sur Didymoon pour détourner son orbite.

L'ingénieur GNC Massimo Casasco ajoute :« Toutes les autres missions dans l'espace lointain, par comparaison, ont eu un pilote défini de retour sur Terre, avec des commandes de navigation prévues au contrôle de mission au Centre européen d'opérations spatiales de l'ESA, avant d'être relié au vaisseau spatial quelques heures plus tard. Au cours de la phase expérimentale d'Héra, des décisions équivalentes seront prises à bord de manière autonome en temps réel.

Pour une fiabilité de navigation maximale, L'ordinateur de bord principal d'Hera sera complété par une unité de traitement d'image dédiée - de la même manière que les PC de bureau ont souvent des cartes graphiques séparées - tout en empruntant les techniques de vision industrielle aux caméras industrielles utilisées sur les lignes de production.

Navigation basée sur des images

Dû pour le lancement en octobre 2023 et atteindre sa cible les astéroïdes géocroiseurs Didymos trois ans plus tard, La mission Hera proposée par l'ESA naviguera selon trois modes différents. Lors de l'approche initiale, l'astéroïde principal apparaîtra comme une étoile brillante parmi tant d'autres.

"De loin, ce ne sera qu'un petit point, " explique Jésus. " Il faudrait prendre plusieurs photos pour observer son mouvement sur le fond du champ d'étoiles. "

Cette technique d'imagerie est similaire à celles développées pour détecter les petits débris spatiaux et permettre éventuellement à de futures missions robotiques d'enlèvement de débris de les rencontrer.

Le prochain mode sera le mode dominant pour la majeure partie de la mission d'Héra entre 30 km à 8 km de distance, avec le plus gros astéroïde 'Didymain' encadré dans sa vue de la caméra comme point de référence global.

"Ce mode dépend du fait que le gros astéroïde est plus petit que le champ de vision global de notre caméra, et détecter le contraste de ses bords laissant place à l'espace au-delà, " dit Massimo. "Nous profitons de sa forme grossièrement sphérique pour l'insérer dans un cercle et estimer la distance de ligne de mire entre le vaisseau spatial et l'astéroïde 'centroïde'."

Didymain a été choisi comme point de référence de navigation car c'est le corps où se concentre la majeure partie de la gravité du système, et on en sait beaucoup plus à son sujet que le plus petit Didymoon.

Cette méthode deviendra impraticable cependant une fois qu'Héra sera à moins de 8 km de Didymain, et l'astéroïde remplit son champ de vision. Vient ensuite le mode de navigation le plus ambitieux de tous, basé sur un suivi autonome des caractéristiques sans référence absolue.

Jésus explique :"Il s'agira d'imaginer les mêmes caractéristiques - telles que les rochers et les cratères - dans différentes images pour avoir une idée de la façon dont nous nous déplaçons par rapport à la surface, combinés à leur tour avec d'autres informations, notamment des accéléromètres embarqués pour l'estime et la caméra infrarouge thermique pour survoler la face nocturne de l'astéroïde.