La mission Starling de la NASA testera de nouvelles technologies de navigation autonome en essaim sur quatre CubeSats en orbite terrestre basse. Crédit : Blue Canyon Technologies/NASA
La mission Starling de la NASA vise à tester la coopération autonome entre les CubeSats, ouvrant ainsi la voie à de futures missions complexes dans l’espace lointain. Après leur objectif principal, les CubeSats collaboreront avec Starlink de SpaceX pour développer des techniques de gestion du trafic spatial.
En juillet prochain, la NASA devrait envoyer un groupe de quatre CubeSats de six unités (6U) en orbite terrestre afin d’examiner s’ils sont capables de coopérer de manière autonome, indépendamment des mises à jour en temps réel du contrôle de la mission. Si ce type de coopération autonome ne semble pas trop difficile pour les humains, cette équipe sera robotique et composée de petits satellites destinés à tester des technologies clés pour les futures missions dans l’espace lointain, où des engins spatiaux plus complexes et plus autonomes seront essentiels.
Sommaire
Mission et formation
Une fois lancés, les CubeSats fonctionneront en deux formations différentes, testant plusieurs technologies qui pourraient ouvrir la voie à un futur d’essaims de satellites coopératifs dans l’espace lointain. La mission, baptisée Starling, durera au moins six mois. Elle positionnera les engins spatiaux à environ 355 miles au-dessus de la Terre, avec un espacement d’environ 40 miles entre chacun d’eux.
Importance de Starling
« Starling, et les capacités qu’il apporte en matière de commande et de contrôle autonomes pour les essaims de petits engins spatiaux, renforcera les capacités de la NASA pour les futures missions scientifiques et d’exploration », a déclaré Roger Hunter, directeur du programme de technologie des petits engins spatiaux de la NASA au centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley, en Californie. « Cette mission représente une avancée significative.
La NASA envoie une équipe de quatre CubeSats en orbite autour de la Terre pour voir s’ils sont capables de coopérer seuls, sans être informés en temps réel par le centre de contrôle de la mission. Si ce type de coopération autonome ne semble pas trop difficile pour les humains, cette équipe sera robotisée et composée de petits satellites destinés à tester des technologies clés pour les futures missions dans l’espace lointain. Crédit : Centre de recherche Ames de la NASA
Objectifs et technologie des essaims
Les quatre principaux objectifs de Starling sont les suivants : manœuvrer de manière autonome pour rester groupé, créer un réseau de communication souple entre les engins spatiaux, suivre les positions relatives des uns et des autres, et réagir de manière indépendante aux nouvelles informations fournies par les capteurs en lançant de nouvelles activités. Essentiellement, Starling vise à créer un essaim de petits satellites capables de fonctionner comme une communauté autonome, capable de réagir à son environnement et de travailler en équipe.
Les technologies d’essaimage ont le potentiel de collecter des données scientifiques à partir de plusieurs points dans l’espace, de construire des réseaux autoréparables et d’exploiter des systèmes spatiaux qui n’ont pas besoin d’être en contact permanent avec la Terre pour réagir aux changements de l’environnement. Ces essaims offrent également une redondance qui rend le système collectif plus résistant aux défaillances individuelles des engins spatiaux. Si l’un d’eux tombe en panne, les autres peuvent compenser.
La mission Starling de la NASA, d’une durée de six mois, utilisera une équipe de quatre CubeSats en orbite terrestre basse pour tester des technologies permettant aux engins spatiaux de fonctionner de manière synchronisée sans ressources au sol. Ces technologies permettront d’améliorer les capacités de planification et d’exécution des manœuvres de l’essaim, les réseaux de communication, la navigation relative et la coordination autonome entre les engins spatiaux. Crédit : NASA/Conceptual Image Lab/Ross Walter
Tester les nouvelles technologies
La mission inaugurale de Starling teste quatre nouvelles technologies. La première, connue sous le nom de ROMEO (Reconfiguration and Orbit Maintenance Experiments Onboard), teste un logiciel conçu pour la planification et l’exécution autonomes de manœuvres sans intervention directe de l’opérateur. Dans le contexte de Starling, il permettra aux satellites de voler en grappe, en cartographiant et en exécutant des trajectoires de manière autonome.
Systèmes avancés de communication et de suivi
Un réseau mobile ad hoc (MANET) est un système de communication composé d’appareils reliés sans fil dans lequel les données sont acheminées et réacheminées automatiquement en fonction des conditions du réseau. Un exemple sur Terre est le Wi-Fi maillé, dans lequel plusieurs routeurs Internet sont placés dans une maison, permettant aux appareils mobiles de se connecter automatiquement au signal le plus fort. De la même manière, le vaisseau spatial Starling est équipé de radios à liaisons croisées qui permettent la communication entre les vaisseaux spatiaux lorsqu’ils sont à portée, le logiciel MANET embarqué déterminant la meilleure façon d’acheminer le trafic à travers le réseau de satellites. Starling testera ce réseau, en montrant si le système peut créer et maintenir automatiquement un réseau dans l’espace au fil du temps.
Chaque CubeSat embarque également ses propres capteurs « star tracker », normalement utilisés pour qu’un satellite puisse suivre sa propre orientation dans l’espace, à l’instar des marins qui utilisent les étoiles pour naviguer la nuit. Comme les satellites seront relativement proches les uns des autres, en plus des étoiles, ces capteurs capteront la lumière des autres satellites de l’essaim et utiliseront un logiciel spécialisé pour suivre le reste de l’essaim. Baptisée StarFOX (Starling Formation-Flying Optical Experiment), cette utilisation unique de capteurs spatiaux communs permettra à la toile de fond des étoiles de maintenir la cohésion de l’essaim.
Collecte de données améliorée
Enfin, l’expérience Distributed Spacecraft Autonomy (DSA) démontre la capacité d’un essaim d’engins spatiaux à collecter et à analyser des données scientifiques à bord et à optimiser la collecte de données en réponse. Les satellites surveilleront l’ionosphère terrestre – une partie de la haute atmosphère – et si l’un d’entre eux détecte quelque chose d’intéressant, il communiquera avec les autres satellites pour qu’ils observent le même phénomène. La capacité des satellites à réagir de manière autonome à une observation améliorera la collecte de données scientifiques pour une multitude de missions scientifiques futures de la NASA.
Collaboration future
Une fois sa mission principale achevée, la prochaine étape pour Starling sera un partenariat avec la constellation de satellites Starlink de SpaceX afin de tester des techniques avancées de gestion du trafic spatial entre des engins spatiaux autonomes exploités par des organisations différentes. En partageant leurs intentions de trajectoires futures, la NASA et SpaceX feront la démonstration d’un système automatisé garantissant que les deux ensembles de satellites peuvent fonctionner en toute sécurité lorsqu’ils sont relativement proches l’un de l’autre en orbite terrestre basse.
Conclusion
« Starling 1.5 sera fondamental pour aider à comprendre les règles de la route en matière de gestion du trafic spatial », a déclaré M. Hunter.
La robotique jouant un rôle essentiel dans l’exploration avec ou sans équipage, la capacité d’exploiter des satellites et des engins spatiaux en réseau, de manière autonome et coordonnée, est primordiale pour la NASA. C’est un pas en avant qui permettra à l’humanité de s’aventurer plus loin et de réaliser des travaux scientifiques de haut niveau à l’avenir.
La NASA Ames dirige le projet Starling. Le programme Small Spacecraft Technology de la NASA, basé à la NASA Ames et au sein du Space Technology Mission Directorate (STMD) de la NASA, finance et gère la mission Starling. Blue Canyon Technologies a conçu et fabriqué les engins spatiaux et assure le support des opérations de la mission. Rocket Lab USA, Inc. fournit les services de lancement et d’intégration. Les partenaires qui soutiennent les expériences de la charge utile de Starling sont le Space Rendezvous Lab de l’université de Stanford (Californie), Emergent Space Technologies de Laurel (Maryland), CesiumAstro d’Austin (Texas), L3Harris Technologies, Inc. de Melbourne (Floride) et la NASA Ames, avec le soutien financier du programme Game Changing Development de la NASA au sein de la STMD.