Un récent algorithme d'"apprentissage en profondeur" - bien qu'il n'ait aucune connaissance innée de la physique solaire - pourrait fournir des prédictions plus précises sur la façon dont le soleil affecte notre planète que les modèles actuels basés sur la compréhension scientifique.

Depuis des décennies, les gens ont essayé de prédire l'impact du soleil sur l'atmosphère de notre planète. Jusqu'à maintenant, des algorithmes basés sur la physique solaire ont été utilisés pour prédire le changement de densité de l'atmosphère terrestre.

Mais avec autant de variables affectant les couches complexes et dynamiques de gaz autour de la Terre, l'intelligence artificielle (IA) pourrait apporter de réelles améliorations dans ce domaine en raison de sa capacité à gérer des données beaucoup plus complexes, avec des implications importantes pour la façon dont nous effectuons des missions en orbite terrestre.

Le soleil est un vrai frein

Les conditions dans l'espace varient en fonction des sautes d'humeur du soleil, connu sous le nom de « météo spatiale ». Le soleil crache des radiations en un flux constant, mais il envoie parfois aussi de violentes rafales de particules de haute énergie qui peuvent frapper directement notre planète. Ces particules provoquent des orages géomagnétiques, des perturbations temporaires du champ magnétique protecteur de la Terre.

L'atmosphère terrestre est également affectée par ces explosions, alors que les orages géomagnétiques et l'augmentation de la lumière ultraviolette chauffent la haute atmosphère, provoquant son expansion. Au fur et à mesure que l'air chaud monte, sa densité sur des orbites allant jusqu'à 1000 km augmente, et les satellites à proximité rencontrent plus de résistance, ou "faire glisser, " les obligeant à ralentir et à changer d'orbite.

Sans intervention, comme tirer les propulseurs pour les maintenir en l'air, les satellites tomberaient lentement sur Terre et se consumeraient dans l'atmosphère. Au contrôle de mission, nous soulevons régulièrement l'orbite de notre flotte d'explorateurs de la Terre.

L'amélioration de ces prédictions permettrait aux opérateurs de planifier des cycles de manœuvres de correction plus longs et plus précis, ce qui signifie que moins de tirs de propulseurs seraient nécessaires, augmenter le temps que les satellites peuvent consacrer à la collecte de données scientifiques.

Absolument, notre connaissance de la position future des engins spatiaux augmenterait également, afin que nous puissions prédire avec plus de précision les chances de collisions dans l'espace, nous aidant à protéger notre vaisseau spatial dans l'environnement actuel de débris spatiaux.

Prédictions atmosphériques

Deux facteurs importants sont nécessaires pour faire des prévisions atmosphériques :l'indice solaire et l'indice géomagnétique. Les deux mesures sont prises depuis la Terre, et collectés dans plusieurs endroits à travers le monde.

L'indice solaire provient de ce qu'on appelle le flux radio solaire de 10,7 cm, c'est-à-dire la quantité de lumière émise par le soleil avec une longueur d'onde de 10,7 cm. F10.7, comme on le sait aussi, est un excellent indicateur de l'activité solaire, et parce qu'il peut être observé dans toutes les conditions météorologiques, les mesures peuvent être prises tous les jours, qu'il pleuve ou qu'il fasse beau.

L'indice géomagnétique est utilisé pour caractériser la taille des orages dans le champ magnétique terrestre, causée par l'activité au soleil. De telles tempêtes peuvent perturber gravement les réseaux électriques, opérations d'engins spatiaux, les signaux radio et bien sûr les belles aurores boréales aux pôles.

"Nous observons le passé, mais nous ne pouvons que prédire l'avenir" dit Pere Ramos Bosch, Ingénieur en dynamique de vol au centre d'opérations ESOC de l'ESA.

"Nous utilisons actuellement un algorithme développé il y a longtemps, qui reprend l'évolution des valeurs des indices F10.7 et géomagnétique des années précédentes, ainsi que des connaissances en physique solaire et atmosphérique, pour faire des prédictions pour les 27 prochains jours."

Cependant, les prévisions actuelles sont en général assez inexactes. Bien que nous n'ayons pas encore perdu de mission, notre manque de compréhension de l'évolution de la densité atmosphérique est la plus grande source d'erreur lorsqu'il s'agit de faire voler des satellites en orbite terrestre basse, tels que la mission éolienne Aeolus et la série Sentinel d'explorateurs de la Terre.

L'IA pourrait-elle faire la différence ?

L'ESA teste maintenant un algorithme entièrement différent qui utilise les mêmes données mesurées du soleil et de la Terre, mais ignore complètement la physique et emploie à la place un « apprentissage en profondeur ». Les équipes espèrent qu'elle utilisera sa "mémoire à long terme et à court terme" pour reconnaître des relations et des modèles complexes que nous, les humains, ne pouvons tout simplement pas détecter.

"Nous sommes sur le point de commencer à obtenir des résultats, mais il semble que l'IA s'avère faire le meilleur usage des données disponibles, " dit David Remili, un stagiaire national luxembourgeois au sein du groupe d'intelligence artificielle et d'innovation des opérations de l'ESA qui a été chargé de développer l'outil de prédiction de l'IA.

"C'est un privilège d'avoir les ressources nécessaires pour combiner l'IA et l'astrophysique, et finalement d'avoir un impact positif sur la façon dont les missions spatiales sont effectuées. »

Jusqu'à présent, l'outil d'IA semble prometteur, mais restez à l'écoute pour découvrir quel algorithme prédit le mieux l'avenir, et si nous pouvons utiliser ces nouvelles capacités informatiques pour mieux comprendre les interactions entre le système solaire et notre maison.

Alerte solaire

La future mission Lagrange de l'ESA assurera une veille permanente sur le soleil. Le satellite, situé au cinquième point de Lagrange, enverra une alerte précoce d'une activité solaire potentiellement nocive avant qu'elle n'affecte les satellites en orbite ou les réseaux électriques au sol, donner aux opérateurs le temps d'agir pour protéger les infrastructures vitales.