Si vous voulez construire ou réparer quelque chose dans l'espace, vous pourriez penser que vous auriez besoin d'un humain pour le faire. Mais et si vous ne le faisiez pas ? Et si les engins spatiaux robotiques pouvaient être utilisés pour ravitailler les satellites en orbite, ajouter de nouveaux instruments à des machines obsolètes et même construire des structures entières dans l'espace ?

Cette idée de service dans l'espace a longtemps été rêvée, mais cela devient maintenant une réalité. Le mois dernier, un satellite de la société de défense américaine Northrop Grumman s'est amarré à un autre satellite en orbite, prolonger sa durée de vie de plusieurs années et annoncer une nouvelle ère passionnante pour les missions robotiques en orbite.

Avec plus de 3, 000 satellites morts en orbite aujourd'hui, trouver des moyens de réparer les vieux satellites avec des robots pourrait nous aider à réduire la quantité de déchets spatiaux entourant la Terre. Et si nous pouvons également utiliser des engins spatiaux robotisés pour construire des structures en orbite, cela pourrait ouvrir de nouvelles portes à des missions spatiales passionnantes à l'avenir.

Rendez-vous et amarrage

L'un des principaux défis de l'entretien dans l'espace est d'obtenir le rendez-vous et l'amarrage de deux engins spatiaux en orbite. Pour réussir la robotique spatiale, les entreprises doivent s'assurer qu'elles peuvent approcher un vaisseau spatial cible lentement et en toute sécurité, puis attachez-le sans causer de dommages.

La mission Northrop Grumman était remarquable en ce que le vaisseau spatial cible n'était pas conçu pour être entretenu. Mais, note Sabrina Andiappane du spécialiste des satellites Thales Alenia Space en France, qui coordonne un projet appelé EROSS, si nous pouvons lancer des satellites en pensant à l'entretien, le processus peut être simplifié.

"L'objectif de la (mission Northrop Grumman) était d'entretenir un satellite qui n'était pas prêt à être entretenu, ", a-t-elle déclaré. "Nous visons à le faire pour des satellites qui seront préparés et donc ce sera plus efficace si vous souhaitez prolonger leur durée de vie."

Plus tard cette année, l'équipe EROSS prévoit de s'entraîner à amarrer un vaisseau spatial «chaser» avec un vaisseau spatial client. Dans un laboratoire, deux engins spatiaux fictifs seront tenus par des bras robotiques pour simuler être dans l'espace, et le chasseur s'approchera ensuite de l'autre vaisseau spatial et s'amarrera de manière autonome, une qualité souhaitable pour limiter les risques d'erreur humaine.

Une fois amarré, le chasseur pourrait alors installer de nouveaux instruments et ravitailler le satellite client. Si le processus peut être rendu aussi simple que possible, bon nombre de ces missions pourraient être effectuées en orbite avec une relative facilité.

"Le but d'EROSS est de (préparer) de vraies missions, " a déclaré Andiappane. " Nous avons plusieurs blocs de construction comme des capteurs, pinces et algorithmes nécessaires pour effectuer le rendez-vous. Et nous allons démontrer cette capacité. »

L'environnement spatial lui-même pose de nombreux défis aux missions d'entretien robotique. L'une est la troisième loi de Newton :chaque action a une réaction égale et opposée. Cela signifie que dans l'espace, si vous essayez d'utiliser un bras robotisé pour déplacer quelque chose, vous allez également déplacer votre vaisseau spatial.

"En micro-gravité chaque mouvement crée une réaction sur l'ensemble de la structure, " a déclaré le Dr Thierry Germa de la société française de géoinformation Magellium.

Miroir

Le Dr Germa coordonne un projet appelé PULSAR, qui étudie comment construire de grandes structures en orbite avec des robots, comme de grands miroirs pour les futurs télescopes spatiaux. En 2021, La NASA prévoit de lancer le télescope spatial James Webb (JWST), un véhicule avec un grand miroir de 6,5 mètres pour étudier l'univers. Cependant, Le miroir de JWST atteint la limite de ce que nous pouvons mettre dans une fusée. Donc, PULSAR cherche un autre moyen de mettre un grand miroir en orbite, en le lançant par parties et en le construisant dans l'espace.

Pour surmonter le problème de la troisième loi de Newton, le vaisseau spatial robotique devra ajuster son orientation pour compenser ce mouvement lors de la construction du miroir, garder le vaisseau spatial agréable et stable. En raison de la complexité de ce processus, il ne sera pas possible de faire piloter à distance le vaisseau spatial robotisé par un humain, connu sous le nom de téléopération. Au lieu, l'automatisation sera la clé.

"Le processus d'assemblage doit être entièrement validé et sécurisé car il n'est pas possible d'avoir un humain dans la boucle, " a déclaré le Dr Germa.

PULSAR s'entraînera à assembler les différents segments du miroir principal d'un faux télescope dans une piscine plus tard cette année. Finalement, l'équipe prévoit de produire une simulation réaliste de la façon dont un miroir de 10 mètres de diamètre, composé de 36 segments différents, pourrait être construit en orbite. Et ce même procédé pourrait être utilisé pour construire d'autres structures en orbite, telles que les grandes antennes pour les satellites de télécommunications, ou peut-être même des panneaux solaires pour les engins spatiaux.

Mises à niveau

Les chercheurs travaillent également sur des mises à niveau des satellites dans l'espace pour prolonger la durée de vie de l'équipement en orbite autour de la Terre et réduire la nécessité de continuer à lancer de nouveaux satellites pour remplacer les anciens.

Une solution consiste à concevoir des satellites avec différents modules, ou segments, qui peut être facilement remplacé par un vaisseau spatial d'entretien robotique.

Professeur Xiu Yan de l'Université de Strathclyde, UK et ses collègues y travaillent. "Nous essayons de développer une solution pour assurer la pérennité de l'utilisation future de l'espace, " il a dit.

Il coordonne le projet MOSAR, qui vise à développer un satellite open source qui peut être facilement réutilisé dans l'espace. "En particulier, nous visons un service orbital, capacités de maintenance et de prolongation de la durée de vie (pour les satellites)."

Chaque module ferait environ 40 centimètres de diamètre, avec un bras robotique capable de les détacher de manière autonome d'un satellite ou d'en ajouter de nouveaux. En utilisant une conception standardisée, n'importe quel satellite pourrait facilement être mis à niveau via un satellite d'entretien robotique, sans avoir besoin de lancer un remplacement.

Plus tard cette année, le projet réalisera une démonstration de cette technologie modulaire en laboratoire, à l'aide d'un bras robotique pour s'entraîner à attacher différents modules à un satellite fictif. Et ultimement, plutôt qu'un satellite fonctionnant pendant un temps limité en orbite, leurs missions pourraient essentiellement devenir sans fin.

"Ils peuvent y rester aussi longtemps que vous le souhaitez, " a déclaré le professeur Yan. " C'est un changement de paradigme. Avec cette nouvelle génération de satellites dans l'espace, il deviendra possible de les mettre à niveau. Alors au lieu d'envoyer un tout nouveau satellite, vous pouvez envoyer une petite mise à niveau à une structure satellite existante pour garantir une utilisation et un accès à l'espace à long terme et abordables. »