La navigation des vaisseaux spatiaux a longtemps dépendu de signaux provenant de la Terre, qu’il s’agisse de satellites GPS, de stations de suivi au sol ou d’une communication directe avec les contrôleurs de mission. La mission Starling de la NASA vient de démontrer quelque chose de fondamentalement différent, un système qui détermine sa position dans l’espace en observant ce qui l’environne, y compris d’autres satellites et des débris orbitaux, et en utilisant ces objets comme points de repère. Aucun signal externe n’est requis.
Le système qui lit son propre environnement
La technologie derrière cette capacité s’appelle FALCON, ce qui signifie Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation. Elle a été développée dans le cadre d’une expérience conjointe entre la NASA et EraDrive, une startup issue de l’Université Stanford. Le système fonctionne avec le logiciel de vol Era-Core d’EraDrive et utilise des caméras déjà présentes sur le vaisseau spatial Starling, plus précisément les caméras de traçage d’étoiles que les satellites utilisent généralement pour déterminer leur orientation.
Ce que fait FALCON est conceptuellement élégant. Il observe les objets dans le champ de vision du vaisseau spatial, les identifie en recoupant un catalogue d’objets spatiaux connus entretenu par le Département de la Guerre des États-Unis, puis utilise ces identifications confirmées comme des points de repère fixes pour calculer la propre position orbitale du vaisseau spatial. La logique est similaire à la façon dont un navigateur sur un navire pourrait utiliser des repères connus sur une côte pour déterminer sa position, à la différence que les repères ici sont des satellites et des morceaux de débris se déplaçant en orbite terrestre basse.
Ce n’est pas un raffinement mineur des méthodes existantes. Cela représente la première fois qu’un vaisseau spatial a déterminé sa propre orbite à l’aide de caméras optiques en se basant sur sa position par rapport à d’autres objets dans l’espace.
200 orbites affinées, de manière autonome, en trois jours
La démonstration de Starling est allée plus loin que la simple preuve du concept de navigation. Un ensemble distinct d’expériences a testé si le vaisseau spatial pouvait également améliorer les données orbitales avec lesquelles il travaillait.
Les contrôleurs de mission ont chargé un catalogue d’environ 20 000 objets spatiaux et de leurs orbites prédites sur Starling. FALCON a ensuite comparé ces prédictions à ses propres observations par caméra. Le résultat, les estimations des positions des objets par le système se sont avérées plus précises que les données du catalogue existant. En trois jours, et sans aucune intervention des opérateurs au sol, FALCON a affiné les orbites connues de plus de 200 objets.
Il convient de s’attarder sur ce détail. Les réseaux de suivi au sol ont été la source standard de données orbitales pendant des décennies. Un vaisseau spatial fonctionnant de manière autonome en orbite, utilisant ses propres capteurs et son logiciel embarqué, a produit de meilleures estimations de position pour plus de 200 objets que ces réseaux n’en avaient dans leurs dossiers. Roger Hunter, responsable de programme pour le programme Small Spacecraft and Distributed Systems de la NASA au Centre de recherche Ames de la NASA, a décrit les résultats comme ayant des “implications profondes pour le suivi du trafic spatial en orbite, l’évitement des collisions et la navigation alternative”.
Plus tard cette année, les quatre vaisseaux spatiaux Starling étendront davantage l’expérience. Ils partageront des informations de suivi entre eux et utiliseront ces observations combinées pour affiner leurs positions collectivement, une étape vers une navigation autonome coordonnée à travers un réseau de vaisseaux spatiaux.
Pourquoi la navigation autonome change la donne
Voici ce que la plupart des reportages sur cette histoire ont tendance à minimiser, la signification profonde de FALCON ne concerne pas seulement la navigation. Il s’agit de ce qui devient possible lorsque les vaisseaux spatiaux n’ont plus besoin de demander la permission pour savoir où ils se trouvent.
Le GPS fonctionne bien en orbite terrestre basse, mais ses signaux s’affaiblissent avec la distance et deviennent peu fiables ou indisponibles autour de la Lune et dans l’espace lointain. Toute mission qui s’aventure au-delà de la portée du GPS, qu’il s’agisse d’un escadron de satellites lunaires, d’un réseau scientifique distribué ou d’une mission habitée vers Mars, fait face à un problème de navigation que les systèmes basés au sol ne peuvent pas résoudre pleinement. Les retards de communication à eux seuls rendent le guidage en temps réel depuis la Terre impraticable à ces distances.
FALCON pointe vers un modèle différent, des vaisseaux spatiaux qui transportent leur conscience situationnelle avec eux. Un satellite qui peut déterminer sa propre position, suivre les objets environnants et mettre à jour son propre catalogue de l’environnement spatial n’a pas besoin d’attendre des instructions. Il peut réagir à ce qu’il observe. Pour l’évitement des collisions, où le timing est critique, cette autonomie n’est pas une commodité. C’est une exigence de sécurité.
Les implications plus larges s’étendent à la manière dont l’infrastructure spatiale est gérée. À mesure que le nombre d’objets en orbite augmente, la charge sur les réseaux de suivi au sol s’accroît. Des vaisseaux spatiaux capables de contribuer à leur propre suivi, et au suivi des objets autour d’eux, pourraient aider à répartir cette charge. Une flotte de satellites qui affine collectivement les données orbitales au fur et à mesure de son fonctionnement est un type d’infrastructure fondamentalement différent de celle qui reçoit passivement des instructions du sol.
L’expérience FALCON illustre également la façon dont la recherche universitaire se transmet en technologie opérationnelle. Le projeto a débuté en tant qu’initiative University SmallSat Technology Partnerships avant de devenir EraDrive, qui commercialise désormais son logiciel et son matériel Era-Core pour un usage plus large.
En bref
Le système FALCON de la NASA a démontré qu’un vaisseau spatial peut naviguer en orbite sans GPS en utilisant d’autres satellites et des débris comme points de repère, une première pour la navigation autonome basée sur des caméras optiques. En trois jours, il a également affiné les données orbitales de plus de 200 objets sans intervention au sol, surpassant les prédictions des catalogues existants. L’importance va au-delà de la navigation, à mesure que les missions s’éloignent de la Terre, la capacité de fonctionner sans signaux externes ou support au sol en temps réel devient essentielle. FALCON est un exemple précoce et concret de ce à quoi ressemble une infrastructure de vaisseaux spatiaux véritablement autonome.
D’après un reportage de ScienceDaily AI.