Intelligence artificielle Comment l'IA peut-elle contribuer à la gestion des débris spatiaux ?

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Comment l’IA peut-elle contribuer à la gestion des débris spatiaux ?

Spoutnik, en 1957, a ouvert la voie à la conquête spatiale. Depuis, de nombreux satellites ont été lancés, que ce soit pour la recherche scientifique à l’instar de l’ISS ou à but commercial, comme Quantum. Certains ont explosé, sont entrés en collision avec d’autres : des objets, allant des derniers étages des lanceurs à de simples boulons, sont actuellement en orbite. Le Bureau des débris spatiaux de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), à l’ESOC, à Darmstadt, en Allemagne, a estimé à un million le nombre de ceux mesurant au moins 1 cm, une collision avec des satellites actifs pourrait causer de gros dommages à ces derniers mais aussi leur destruction. L’ESA s’appuie notamment sur l’IA pour prévenir ces risques.

Le nombre de débris encombrant l’orbite terrestre basse, qu’ils soient la conséquence de collisions, d’explosions ou tout simplement d’abandons en fin de mission, va croissant et représente un risque important pour les satellites actifs.

L’ISS, la station spatiale internationale, se déplace à 400 km d’altitude et à 28 800 km/h et fait le tour de la terre en 92 minutes. Le risque de collision avec des débris dans cette orbite basse est important, et, depuis son lancement en 1998, elle a d’ailleurs dû procéder à une trentaine de manœuvres d’évitement, celles-ci ont été plus fréquentes ces dernières années.

Elle a dû notamment modifier sa trajectoire en novembre 2021 pour éviter la collision avec des débris générés par un essai de tir de missile anti-satellite russe, qui a permis la destruction de Kosmos-1408, lancé en 1982, devenu inutile, et refait une manœuvre similaire, pour la même raison, le 16 juin dernier.

La destruction de Kosmos-1408 a d’ailleurs donné naissance à environ 1 500 débris. Le 16 mai dernier, c’est le satellite Sentinel-1A, développé par l’ESA dans le cadre du programme européen Copernicus, qui a dû dévier sa trajectoire pour éviter l’un d’eux.

La NASA avait déclaré en novembre 2021:

« Tous les pays ont la responsabilité d’empêcher la création délibérée de débris spatiaux à partir des ASAT et de favoriser un environnement spatial sûr et durable. »

Pour l’ESA, des progrès ont été réalisés ces dernières années visant un environnement spatial durable. Ainsi, une bonne partie des lanceurs de satellites en orbite terrestre basse sont éliminés de manière responsable tout comme de plus en plus de satellites en fin de mission, le problème est de se débarrasser de tous les autres, notamment ceux qui s’y trouvent déjà.

Le Bureau des Débris de l’ESOC

Le Centre européen des opérations spatiales (ESOC), de l’ESA, se trouve à Darmstadt, en Allemagne. Il compte notamment le Bureau des Débris, chargé de fournir des services opérationnels aux missions en cours ou prévues au sein de l’ESA et à des tiers.

Ces services comprennent :

  • l’évitement des collisions en orbite (prévisions, affinements des prévisions et recommandations sur les manœuvres d’évitement),
  • la prévision de la rentrée et l’évaluation des risques (prédiction de l’heure et de l’emplacement de la rentrée, prévision de la désintégration et de la disparition des engins spatiaux et évaluation des risques au sol),
  • la maintenance des informations de connaissance de la situation spatiale sur tous les objets traçables dans la base de données DISCOS (Base de données et système d’information caractérisant les objets dans l’espace).

Dans son rapport d’avril 2022, il rappelle que le moyen le plus efficace d’empêcher que le nombre de débris n’augmente est le strict respect des directives d’atténuation des débris spatiaux de l’IADC (Comité inter-agence de coordination des débris spatiaux) : éviter les collisions en orbite, éliminer les engins spatiaux en toute sécurité à la fin de leur mission, et surtout prévenir le risque d’explosions.

Holger Krag, chef du Bureau des Débris, déclare :

« Les explosions en orbite sont le plus grand contributeur actuel au problème des débris spatiaux ; elles sont causées par des restes d’énergie — carburant et batteries — à bord des satellites ou des lanceurs. Malgré les mesures mises en place depuis des années pour empêcher ces explosions, nous ne constatons aucun ralentissement de la fréquence de ces événements. La tendance à prendre des actions pour désorbiter les engins spatiaux en fin de mission s’améliore, mais lentement. »

Sécuriser l’espace grâce à l’IA

L’ESA a invité la communauté mondiale de l’IA à participer au développement d’un système capable d’éviter les débris spatiaux de manière autonome ou au moins de réduire la charge des experts. Depuis 2021, les algorithmes d’IA alertent les équipes lorsqu’un de leurs satellites pourrait entrer en collision avec un autre objet en orbite.

Holger Krag affirmait alors :

« Chaque manœuvre d’évitement de collision est une nuisance. Pas seulement à cause de la consommation de carburant mais aussi à cause de la préparation qui y est liée. Nous devons réserver des laissez-passer pour les stations au sol, ce qui coûte de l’argent, parfois même nous devons désactiver l’acquisition de données scientifiques. Nous devons avoir un expert équipe disponible 24h/24. »

Il ajoutait :

« Jusqu’à présent, nous avons automatisé tout ce qui nécessiterait qu’un cerveau expert soit éveillé 24h/24 et 7j/7 pour répondre et suivre les alertes de collision. Prendre la décision ultime d’effectuer ou non la manœuvre d’évitement est la partie la plus complexe à automatiser et nous espérons trouver une solution à ce problème dans les prochaines années. »

Cependant, les catalogues de débris spatiaux ne sont pas suffisamment complets pour entraîner les algorithmes d’IA : les petits débris n’y sont pas répertoriés tout comme les satellites militaires…

Nettoyer l’orbite terrestre : ClearSpace-1

Eliminer les débris pourrait être une solution plus efficace que de chercher à les éviter. En 2013, le bureau Clean Space a été créé, sa mission étant de « garantir l’avenir des activités spatiales en protégeant l’environnement sur Terre et dans l’espace ». L’équipe ambitionne de nettoyer l’orbite terrestre de ses débris et en 2020, l’ESA a signé dans cet objectif un contrat de 86 millions d’euros avec la start-up suisse ClearSpace, créée en 2018 et basée à l’Innovation Park de l’EPFL, pour l’achat d’un service unique: le premier enlèvement d’un débris spatial en orbite.

ClearSpace-1 a pour mission de récupérer l’étage supérieur d’une fusée Vega de l’ESA lancée en 2013. Il entrera en orbite à 500 km au-dessus de la Terre, un peu plus bas que le débris, afin de tester son bon fonctionnement. Ensuite, il s’en approchera, le saisira grâce à ses quatre bras robotiques et se désintégrera avec lui en redescendant dans l’atmosphère terrestre. La mission est prévue pour 2025-2026.

 
Thomas Calvi

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