Quand les satellites se brisent, ce qui est étonnamment souvent, vous ne pouvez pas faire grand-chose à leur sujet.

Ils deviennent des épaves chères et dangereuses, en orbite autour de la Terre pendant des années ou des générations jusqu'à ce que la gravité les entraîne finalement vers une mort ardente dans l'atmosphère.

Ou Ma, professeur à l'Université de Cincinnati, développe une technologie robotique pour réparer des satellites en orbite dans son laboratoire de robotique intelligente et de systèmes autonomes. Il envisage des satellites robotiques qui peuvent s'arrimer à d'autres satellites pour des réparations ou le ravitaillement.

Ma a dit qu'un million de choses peuvent mal tourner à chaque lancement de satellite. Mais pour la plupart de ces problèmes, rien ne peut être fait une fois le satellite déployé.

Un satellite Intelsat de 400 millions de dollars de la taille d'un petit autobus scolaire a mal fonctionné cette année après avoir atteint une orbite elliptique élevée, selon SpaceNews. Quelques-uns des 60 premiers satellites Starlink lancés par SpaceX ont également mal fonctionné cette année, mais leur orbite terrestre basse est conçue pour se désintégrer jusqu'à l'oubli en quelques années seulement.

Le problème de satellite le plus célèbre de tous les temps s'est peut-être produit en 1990 lorsque le télescope spatial Hubble a été déployé uniquement pour que la NASA apprenne que son miroir coûteux était déformé. Une mission de réparation ultérieure à bord de la navette spatiale Endeavour en 1993 a remplacé le miroir pour fournir des images étonnantes de l'univers.

L'envoi d'humains dans l'espace pour des réparations de satellites est prohibitif, dit maman. Quatre missions de service Hubble ultérieures coûtant des milliards de dollars combinés ont été effectuées par des astronautes de la navette spatiale.

Des satellites défectueux ont bloqué la plupart des programmes spatiaux internationaux du Japon à la Russie. Le problème ne se limite pas à l'orbite terrestre. En 1999, un orbiteur de la NASA s'est écrasé sur Mars parce que les ingénieurs ont utilisé des livres au lieu de newtons métriques dans le logiciel du propulseur. Les propulseurs ont tiré avec quatre fois moins de force que prévu et l'orbite du vaisseau spatial était extrêmement basse.

L'incapacité de réparer les satellites devient une préoccupation de plus en plus pressante à chaque lancement, dit maman.

"Les gros satellites commerciaux coûtent cher. Ils manquent de carburant ou tombent en panne ou tombent en panne, " Ma dit. " Ils aimeraient pouvoir monter là-haut et le réparer, mais aujourd'hui c'est impossible."

La NASA espère changer cela. En 2022, l'agence lancera un satellite capable de ravitailler d'autres satellites en orbite terrestre basse. L'objectif est d'intercepter et de ravitailler un satellite du gouvernement américain. Le projet appelé Restore-L devrait fournir une preuve de concept pour les réparations de satellites autonomes, dit la NASA.

Une société du Colorado appelée Maxar fournit l'infrastructure du vaisseau spatial et les bras robotiques pour le projet.

La plupart des satellites tombent en désuétude parce qu'ils épuisent leur réserve de carburant, et non à cause d'un dysfonctionnement critique, dit John Lymer, roboticien en chef pour Maxar. Le ravitaillement seul serait une aubaine pour l'industrie, il a dit.

"Vous retirez un satellite parfaitement bon parce qu'il est tombé en panne d'essence, " il a dit.

Lymer a déclaré qu'il connaissait le travail que Ma fait dans son laboratoire de robotique intelligente et de systèmes autonomes.

"Ou maman, avec qui j'ai travaillé pendant de nombreuses années, travaille sur l'organisation de rendez-vous et de proximité. Il existe toutes sortes de solutions techniques. Certains seront meilleurs que d'autres. Il s'agit d'acquérir une expérience opérationnelle pour découvrir quels algorithmes sont les meilleurs et ce qui réduit le plus le risque opérationnel."

Lymer a déclaré que l'industrie est sur le point de décoller, créer une aubaine pour les étudiants en génie aérospatial comme ceux de l'UC.

"Je pense que c'est l'avenir. Nous allons y ramper - pas sauter, " il a dit.

Dans le labo de Maman, les étudiants travaillent sur la navigation automatisée dont les satellites auront besoin pour s'arrimer à d'autres satellites dans l'espace. C'est une affaire délicate car une bosse par inadvertance en apesanteur peut faire culbuter un ou les deux véhicules.

"Il est facile de le faire dégringoler dans l'espace car rien ne le retient. Alors le satellite devient encore plus difficile à saisir. S'il commence à dégringoler, il peut dégringoler pour toujours fondamentalement. ça ne s'arrêtera pas tout seul, " dit Maman.

Les simulations d'ingénierie peuvent prédire le comportement dynamique d'un satellite cible afin qu'un satellite en approche puisse l'arrêter en toute sécurité, il a dit.

"Nous avons des outils de simulation donc à partir de là, nous pouvons prédire avec précision son comportement, " il a dit.

"Attraper quelque chose dans l'espace est vraiment difficile. Et attraper quelque chose qui tombe dans l'espace est encore plus difficile, ", a déclaré Ma. "Vous devez être très prudent pour prédire le comportement dynamique et effectuer des contrôles précis afin de pouvoir "déboulonner" le satellite et le saisir doucement."

Ma a comparé la navigation par satellite à distance à la dernière technologie de voiture sans conducteur. Dans son laboratoire, les élèves testent ces algorithmes à l'aide d'un robot de la taille d'une boîte à chaussures qui se déplace sur ce qui ressemble à une table de hockey sur air. Mais c'est le robot qui fournit le coussin d'air comme un aéroglisseur miniature pour imiter l'environnement de microgravité de l'espace.

Le doctorant Andrew Barth a expliqué comment cela fonctionne.

"Pour le moment, c'est juste un banc d'essai. Il a des capteurs de portée, des caméras et une centrale inertielle qu'on ne voit pas dessous, " dit-il. " Il se déplace avec des actionneurs et huit propulseurs directionnels pour le propulser autour de la table. "

Bien qu'il soit limité à se déplacer sur un axe X et Y, les concepts de navigation peuvent être appliqués à trois dimensions, dit Barth.

Ma travaille également sur la robotique complexe nécessaire à un satellite pour effectuer des réparations à distance. Son laboratoire dispose de plusieurs bras robotiques de taille industrielle avec sept articulations qui leur donnent une gamme complète de mouvements.

Le satellite de réparation le plus utile pourra effectuer plusieurs tâches, dit maman. Au cours de sa carrière, il a travaillé sur divers projets relatifs aux bras robotiques à bord de la Station spatiale internationale et à l'ancien programme de navette spatiale. Sa signature flotte en orbite sur un équipement à bord de la station spatiale.

"Ce robot effectuera des tests de contrôle des algorithmes et de la technologie des capteurs, " Maman a dit, pointant vers un bras robotique de taille humaine dans son laboratoire. "Nous ne simulons pas une mission spécifique mais la nouvelle technologie testée qui peut être utilisée dans de futures missions."

Dans son laboratoire, Ma et l'associé de recherche principal de l'UC, Anoop Sathyan, développent des réseaux robotiques qui peuvent travailler indépendamment mais en collaboration sur une tâche commune.

Pour leur dernière étude, Ma et Sathyan mettent un groupe de robots à l'épreuve avec un nouveau jeu qui utilise des ficelles pour déplacer un jeton attaché à un endroit désigné sur une table. Puisque les robots contrôlent chacun une seule chaîne, ils ont besoin de la coopération des autres robots pour déplacer le jeton au bon endroit en augmentant ou en relâchant la tension sur la corde en réponse aux actions de chaque robot.

En utilisant une intelligence artificielle appelée logique floue génétique, les chercheurs ont pu obtenir trois robots puis cinq robots pour déplacer le jeton où les chercheurs le voulaient.

Leurs résultats ont été publiés ce mois-ci dans la revue Robotique .

Les chercheurs ont découvert qu'en utilisant cinq robots, le collectif pourrait accomplir la tâche même si l'un des robots fonctionnait mal.

"Ce sera particulièrement vrai pour les problèmes avec un plus grand nombre de robots où la responsabilité d'un robot individuel sera faible, " ont conclu les chercheurs.

Ma a eu un intérêt constant pour l'espace pendant la majeure partie de sa carrière. À l'Université d'État du Nouveau-Mexique, il a conçu un harnais mécanique qui imitait la faible gravité. Les élèves portant le harnais pourraient « rebondir sur la lune » sur un tapis roulant avec un sixième de la gravité de la Terre ou faire des dunks vertigineux sur une jante de basket-ball.

Ma a déclaré que la fixation de satellites dans l'espace devient une priorité croissante dans l'industrie aérospatiale en raison du coût élevé de la défaillance.

"Ce n'est pas encore très pratique. La technologie est encore en développement, " a dit Ma. " Mais j'envisage dans cinq ou 10 ans quand la technologie sera mature, ils commenceront à commercialiser cela pour sortir et réparer des satellites."

Gordon Roesler, ancien directeur de programme à la Defense Advanced Research Projects Agency des États-Unis, a déclaré à Astronomy Magazine que l'incapacité de réparer ou de modifier les satellites une fois qu'ils sont lancés n'a aucun sens économique.

"Il n'y a pas d'autre [exemple] où nous construisons quelque chose qui vaut un demi-milliard de dollars ou un milliard de dollars et ne le regardons plus jamais, " il a dit.

Companies will have to build satellites with remote repair or service in mind. Most satellites today are too fragile even to grasp remotely without risking damage.

"So many satellites couldn't be serviced today even if you wanted to. New satellites will need access doors to accommodate basic repairs and docking targets to help with the approach, " student Barth said.

Time is of the essence. With every launch and every failed satellite, low Earth orbit is approaching the Kessler effect, the theory by Donald Kessler that satellite collisions could create a cascade of debris hampering the safety of future launches as depicted in the fictional 2013 Oscar-winning film "Gravity."

"Think of the speed of these objects. We're not talking about highway speed or even aircraft speed. They're traveling at 17, 000 mph, " dit Maman.

Ma said space is a field dominated by government agencies for the purposes of exploration and discovery. But the field is at the cusp of commercialization, which promises a wealth of aerospace engineering jobs for graduates who want to pursue them.

"Finalement, the commercialization of space will be a big industry, " il a dit.

His research is helping to push the frontiers of knowledge that will pave the way for future space projects.

"We're not developing an entire mission. We're developing the underlying technology, " Ma said. "Once the technology is proven, NASA or a commercial company would take it to the next step."

At a university where Neil Armstrong worked as an aerospace engineering professor, first steps can be big ones.