La NASA prévoit une mission pour démontrer la capacité de réparer et de mettre à niveau les satellites en orbite terrestre. La mission, appelée OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing-1), enverra un vaisseau spatial robotique équipé de bras robotiques et de tous les outils et équipements nécessaires pour réparer, ravitailler ou prolonger la durée de vie des satellites, même si ceux-ci les satellites n'ont pas été conçus pour être entretenus en orbite.

Le premier vol d'essai d'OSAM-1 devrait être lancé au plus tôt en 2026 et se rendra en orbite terrestre basse pour rencontrer, saisir et s'amarrer à Landsat 7, un satellite d'observation de la Terre qui est en orbite depuis 1999. La mission effectuera une premier essai de démonstration de ravitaillement en carburant, puis déplacer le satellite sur une nouvelle orbite. Bien que certaines parties de la mission soient autonomes, des téléopérateurs humains effectueront une grande partie des procédures et des manœuvres à distance depuis la Terre.

La NASA affirme que la réparation des satellites - au lieu de simplement laisser les engins spatiaux défunts dériver en orbite terrestre - aide à réduire les débris spatiaux pour créer un avenir plus durable pour l'exploration spatiale. En outre, le vol d'essai évaluera l'assemblage et la fabrication robotiques en orbite, que beaucoup considèrent comme une technologie nécessaire pour l'avenir, comme la maintenance lors de missions humaines de longue durée dans notre système solaire et la construction et la maintenance de structures en orbite de la lune ou Mars.

L'idée originale d'un vaisseau spatial de service par satellite est l'idée originale du célèbre ingénieur de la NASA Frank Cepollina, qui a une histoire de réparation de vaisseaux spatiaux en orbite. Il a dirigé les équipes chargées de planifier et de chorégraphier les cinq missions d'entretien du télescope spatial Hubble. Il a aidé à concevoir les outils et procédures spécialisés que les astronautes utiliseraient pour réparer et mettre à niveau avec succès Hubble, en maintenant le vénérable télescope en fonctionnement pendant des années plus longtemps que prévu et en permettant l'installation de meilleurs instruments et technologies dans chaque mission successive. Il a également dirigé des équipes qui ont développé des techniques pour réparer d'autres satellites au début de l'ère de la navette spatiale.

"Pour moi, il est étonnant que nous laissions simplement des satellites en orbite", m'a dit Cepollina en 2016 lorsque j'ai visité le Centre d'opérations robotiques de ce qui s'appelait alors le Bureau des capacités d'entretien des satellites au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Il semblait que nous devions trouver un moyen de réparer ces satellites pour des raisons économiques et pour les avantages scientifiques que nous pourrions en tirer. Je voulais trouver un moyen de réparer et de mettre à niveau les satellites."

Cepollina, aujourd'hui âgé de 85 ans, vient tout juste de prendre sa retraite de la NASA, mais il a encadré et formé plusieurs générations d'ingénieurs, n'abandonnant jamais son rêve de réparer des satellites. Après plusieurs propositions de missions d'entretien, le concept a été officiellement reconnu comme une mission et a atteint le statut de "poste budgétaire" dans le budget de la NASA. Mais il reste encore beaucoup de travail à faire pour être prêt pour le lancement d'ici 2026.

"Lorsque vous faites quelque chose pour la première fois, il y a beaucoup de nouvelles technologies et procédures, et vous rencontrez intrinsèquement des obstacles et des revers, et nous ne sommes pas différents", a déclaré Ross Henry, responsable de la charge utile d'entretien OSAM-1, dans une interview. avec Univers aujourd'hui. "Nous avons affaire à plusieurs nouveaux systèmes, comme un nouveau système lidar (Light Detection and Ranging), un système de transfert de propulseur unique et deux bras robotiques [l'un est une sauvegarde redondante] qui peuvent utiliser onze outils et adaptateurs uniques, chacun avec un spécifique objectif dans le cadre de la mission."

L'objectif principal du premier vol d'essai d'OSAM-1 sera de ravitailler Landsat 7, qui se trouve à environ 705 km (440 miles) au-dessus de la Terre. Mais comme Landsat 7, comme de nombreux satellites, n'a jamais été conçu pour être entretenu ni même revu, le vaisseau spatial OSAM-1 ne peut pas simplement s'arrêter à côté d'un autre satellite et brancher le tuyau de carburant.

Tout d'abord, OSAM-1 devra se rapprocher suffisamment pour que l'un des bras du robot saisisse Landsat 7, puis effectuer des manœuvres d'amarrage à l'aide de la pince d'amarrage d'origine ou de l'anneau Marman sur le satellite.

"Ensuite, il y a beaucoup de travail que nous devrons faire pour accéder au site de ravitaillement", a expliqué Henry. "Les opérateurs distants d'OSAM-1 devront couper dans la couverture thermique isolante multicouche et la déplacer pour exposer les vannes de remplissage/vidange. Mais lorsqu'elles ont été fermées avant le lancement, ces vannes étaient recouvertes de fils de verrouillage, nous devrons donc utiliser des ciseaux spécialisés et les couper. De plus, il y a des bouchons de sécurité redondants que nous allons retirer."

OSAM-1 transportera 122 kg (270 lb) de carburant, et le plan est d'en transférer 115 kg (250 lb) à Landsat 7, en utilisant le bras robotique et un système de tuyau rétractable.

Bien sûr, tout cela se produit alors que les deux engins spatiaux se déplacent à environ 26 500 km/h (16 500 mph). OSAM-1 transporte six caméras d'opérations de rendez-vous et de proximité à utiliser à l'approche de Landsat 7. Vingt et une caméras supplémentaires font partie d'un système de capteur de vision spécialisé pour permettre aux téléopérateurs de voir les opérations sous tous les angles, et des projecteurs fournissent un éclairage pour le travail à continuer même pendant la nuit orbitale, qui se produit environ toutes les 50 minutes. La période orbitale de Landsat 7 est de 99 minutes.

Le centre d'opérations robotiques de Goddard comprend un banc d'essai spécialisé avec des murs noirs bordés de rideaux de sorte que lorsque les lumières sont éteintes, il simule l'obscurité de l'espace. Cela permet une formation entièrement immersive avec des maquettes à grande échelle de Landsat 7 et OSAM-1.

Auparavant, cette mission était connue sous le nom de Restore-L et se concentrait uniquement sur le ravitaillement et la réparation. Mais en février 2019, un nouveau composant de la mission a été ajouté, appelé Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

"Cela ajoute la partie" assemblage et fabrication "d'OSAM-1", a déclaré Henry. "Une fois que nous aurons terminé avec Landsat 7, nous le publierons, puis nous procéderons à l'assemblage et à la fabrication."

SPIDER comprend son propre bras robotique de 5 mètres (16 pieds) de long, portant à trois le nombre total de bras robotiques volant sur OSAM-1. SPIDER assemblera une antenne de communication fonctionnelle de 3 mètres (9 pieds), construite à partir de pièces apportées dans l'espace, et fera la démonstration de la transmission en bande Ka avec une station au sol.

SPIDER fabriquera également un faisceau composite léger de 32 pieds (10 mètres) pour vérifier la capacité de construire de grandes structures d'engins spatiaux en orbite.

Le développement de tous les systèmes, outils et techniques a nécessité la contribution de plusieurs domaines technologiques.

"Nous avons beaucoup d'ingénieurs de niche qui travaillent avec nous, qui connaissent ce genre de choses et le font jour après jour", a déclaré Henry. "Certains de nos ingénieurs les plus uniques sont les robots qui savent comment les bras ont été construits et comprennent les nuances des articulations et des mécanismes, comme les poses dans lesquelles vous pouvez et ne pouvez pas mettre le bras, ou si une articulation du coude échoue, ils savent comment vous pouvez toujours déplacer l'effecteur final avec les six autres actionneurs. Nous avons une main-d'œuvre vraiment formidable qui a plongé profondément dans la partie technique de cette mission pendant plusieurs années. Ils sont tous leaders dans leur domaine, je ne sais pas. pense qu'il y a une autre équipe comme eux dans le pays ou peut-être même dans le monde."

Trouver un satellite candidat approprié pour être le sujet expérimental de cette mission de démonstration a pris plusieurs années de négociations, a déclaré Henry, car les exigences étaient spécifiques et il devait s'agir d'un satellite appartenant au gouvernement.

"Nous avions besoin d'une agence gouvernementale qui était disposée à ce que son satellite soit le premier à démontrer cette technologie", a déclaré Henry. "Landsat 7 correspond à la facture pour un certain nombre de raisons. Il se trouve sur une orbite facilement accessible et il est à la fin de sa durée de vie en termes de production scientifique. Landsat 9 a déjà été lancé et est en cours de mise en service, donc son successeur est déjà opérationnel."

La mission scientifique nominale de Landsat 7 s'est terminée le 6 avril 2022 et son principal instrument scientifique, l'Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) a été mis en mode veille. Mais ses vingt-deux années de fonctionnement ont fourni des données substantielles sur la gestion et l'évaluation de la couverture terrestre, les études sur le changement global et la cartographie.

La mission financée et de base pour OSAM 1 est "one and done", où une fois qu'elle a terminé l'entretien, le ravitaillement en carburant, puis l'assemblage et la fabrication de la mission, il est prévu qu'elle soit désorbitée et qu'elle brûle dans l'atmosphère terrestre.

"Cela étant dit, nous reconnaissons que nous pilotons un véhicule très performant avec du carburant disponible", a déclaré Henry, "il y a donc beaucoup de gens qui aimeraient nous voir faire une mission de suivi pendant que nous sommes en orbite. Mais à partir de pour l'instant, rien n'a été annoncé ou financé."

Henry a déclaré qu'il était honoré et ravi de diriger les efforts visant à réaliser le rêve de Frank Cepollina en ayant un véritable service de satellite "dépanneuse" en orbite. Cepollina a aussi un autre rêve, que des flottes de ces satellites ressemblant à des dépanneuses puissent construire des structures dans l'espace, pas seulement des habitats, mais de grands télescopes spatiaux capables d'imager directement des exoplanètes lointaines, par exemple.

"Ce que nous démontrons dans la partie assemblage et fabrication jette les bases de futures avancées dans la recherche de la vie extraterrestre et, espérons-le, de la colonisation du système solaire", a déclaré Henry. "Dans des décennies, je pense que vous pourrez retracer cela jusqu'à ce qu'OSAM-1 soit la première mission américaine à démontrer ces capacités en orbite." + Explorer plus loin

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