Développer la faisabilité des formations de petits satellites auto-organisés
Les satellites utilisés pour la communication, le positionnement et l’observation de la Terre ont toujours été volumineux, complexes et coûteux. Mais cela commence à changer. Tout comme les ordinateurs et les téléphones, les satellites deviennent de plus en plus petits, certains pesant à peine 1 kg. Étant donné que le coût d’un lanceur est proportionnel à la masse du satellite, la miniaturisation des satellites permet de réduire le coût des missions. Par conséquent, ces satellites, appelés picosatellites, pourraient bientôt fonctionner en formation et suppléer les satellites actuels, plus grands et plus coûteux. En 2020, les chercheurs du projet NetSat (Networked Pico-Satellite Distributed System Control), financé par l’UE, devraient faire la démonstration du premier contrôle de formation tridimensionnel auto-organisé au monde de quatre picosatellites en orbite. Pour en savoir plus sur cette percée – et sur ce qu’elle signifie pour l’avenir des services satellitaires – nous avons rencontré Klaus Schilling. Klaus Schilling est professeur et titulaire de la chaire de robotique et de télématique à l’université de Würzburg et coordinateur de la subvention du CER qui est mise en œuvre au Centre de télématique, un institut de recherche indépendant situé à Würzburg, en Allemagne.
Quel est le principal objectif que le projet NetSat s’est fixé?
Klaus Schilling: Un changement de paradigme majeur se produit dans l’ingénierie des engins spatiaux. Les grands satellites multifonctionnels d’aujourd’hui sont progressivement remplacés par des groupes de petits satellites. Dans un avenir proche, au lieu d’envoyer un seul gros satellite en orbite, nous verrons un plus grand nombre de petits satellites en réseau qui coopéreront dans l’espace. Le potentiel des réseaux de capteurs distribués en orbite où les distances de base entre les satellites sont importantes permettra d’effectuer des mesures multipoints et d’améliorer la caractérisation de l’environnement spatial de la Terre, ainsi que l’observation de la Terre et les télécommunications. Toutefois, nous devons d’abord comprendre comment faire fonctionner ces petits satellites en équipe, les faire voler en formation, les faire communiquer et se coordonner entre eux. C’est précisément l’objectif du projet NetSat: créer un démonstrateur technologique pour prouver la faisabilité d’une formation de petits satellites qui pourraient servir de plateforme pour des expériences scientifiques et, éventuellement, des applications commerciales.
Concrètement, qu’est-ce qui sera réalisé lors de la démonstration en orbite?
Avant de procéder à la démonstration, le projet s’est concentré sur le développement des principales technologies de contrôle nécessaires à la réalisation d’un vol en formation tridimensionnelle. Pour la toute première fois, la démonstration en orbite permettra de valider ces résultats en contrôlant les quatre satellites en formation auto-organisée. Actuellement, presque tous les systèmes multisatellites sont utilisés en constellation, chaque satellite étant individuellement télécommandé depuis un centre de contrôle au sol. Nous essayons de faire travailler les satellites en équipe, ou de les faire voler en formation, avec des attitudes et des positions relatives mesurées et échangées par liaisons intersatellites. Sur cette base, les opérations de contrôle seront coordonnées pour éviter les collisions et permettre des géométries optimales pour des travaux d’observation donnés.
En quoi ce développement change-t-il la donne?
Le fait de pouvoir contrôler un groupe de picosatellites et de les faire travailler en équipe ouvre la porte à une foule d’applications innovantes dans le domaine de l’observation de la Terre et des télécommunications. Par exemple, en permettant l’observation simultanée de zones ciblées sous différentes perspectives, les systèmes d’observation de la Terre pourront générer des images 3D innovantes de la surface et de l’atmosphère de la Terre. Il y aura également la prochaine www.telematik-zentrum.de/cloudct (mission CloudCT), qui implique une formation de 10 petits satellites qui utiliseront les principes de la tomographie informatique pour caractériser l’intérieur des nuages afin d’améliorer les prédictions climatiques.
Comment le projet a-t-il fait progresser la technologie des picosatellites?
Pour assurer le fonctionnement en sécurité d’un groupe de satellites à proximité les uns des autres, nous avons mis au point un système autonome de prévention des collisions. Ce dispositif permettra, par exemple, de veiller à que ces satellites n’entrent pas en collision avec l’incroyable quantité de débris flottant dans l’espace, qui augmente de façon spectaculaire. De nombreuses applications doivent également pointer leurs instruments ou antennes de haute précision vers une zone bien spécifique et doivent donc être capables d’adapter en permanence leur orientation vers l’objet observé afin de compenser leur vitesse de déplacement élevée. À cette fin, nous avons développé des roues de réaction miniatures à faible consommation d’énergie, spécialement conçues pour offrir un niveau inégalé de précision de rotation pour les très petits satellites. Plus important encore, nous avons mis en place un système de petits satellites adapté, chaque satellite ne pesant que 4 kg mais pouvant néanmoins être entièrement équipé de tous les sous-systèmes nécessaires aux opérations de formation. Ceux-ci sont constitués d’un système de caractérisation et de contrôle d’attitude, d’un système de détermination d’orbite, d’un système de communication permettant la communication entre satellites et la communication satellite-sol, ainsi que d’une propulsion électrique pour gérer l’orbite et maintenir la formation.
Quel sera l’héritage du projet NetSat?
Les logiciels et le matériel complexes et interdisciplinaires pour l’exploitation de groupes de petits satellites développés au sein de NetSat sont maintenant prêts pour le lancement, prévu pour juin 2020. Ce système stimulera les futures applications de capteurs distribués en réseau pour de nouvelles approches d’observation de la Terre. Ce système, ainsi que les systèmes d’évitement des collisions, constitueront l’héritage de NetSat.
D’autres projets après NetSat?
Après une démonstration concluante de NetSat en orbite, la prochaine étape consistera à tirer parti de ces capacités de vol en formation pour des missions d’application novatrices. Plusieurs projets ont été lancés, chacun exploitant le système NetSat dans le contexte de l’observation de la Terre. Par exemple, le projet Telematics earth Observation Mission (TOM), utilise une formation de trois petits satellites pour générer des images 3D de la surface de la Terre grâce à des méthodes photogrammétriques.
Pays
Allemagne