Le satellite robotisé qui va révolutionner l’espace (et personne n’en parle)

UN SATELLITE À DEUX BRAS ROBOTISÉS EN ORBITE

Un engin spatial équipé de deux bras robotisés flexibles vient d’être envoyé en orbite géosynchrone après un lancement réussi cette semaine à bord d’une fusée SpaceX Falcon 9. Ce Mission Robotic Vehicle (MRV), construit par Northrop Grumman, entame une mission de dix ans pour ouvrir de nouvelles frontières dans le domaine du servicing satellite.

UN LANCEMENT HISTORIQUE DEPUIS LA FLORIDE

Le MRV a décollé mardi depuis la base spatiale de Cap Canaveral en Floride. Trois petits modules de propulsion, chacun fonctionnant comme un engin spatial indépendant, ont accompagné le MRV à bord de la fusée Falcon 9. Les quatre charges utiles ont été déployées dans l’heure qui a suivi le décollage.

UN VOYAGE DE UN AN POUR ATTEINDRE L’ORBITE FINALE

Il faudra environ un an aux satellites pour manœuvrer depuis leur orbite elliptique initiale jusqu’à une orbite circulaire située à plus de 22 000 miles (près de 36 000 kilomètres) au-dessus de l’équateur. À cette altitude, le MRV et les trois Mission Extension Pods (MEPs) voyageront en synchronisation avec la rotation de la Terre. Ils opéreront dans le même type d’orbite que de nombreux satellites de communications civils et militaires, des plateformes d’alerte antimissile et un nombre croissant de satellites espions.

LE MOST ADVANCED SERVICING SATELLITE AU MONDE

Le Mission Robotic Vehicle est sans doute le satellite de service le plus avancé jamais lancé. C’est en tout cas le plus sophistiqué dont on ait connaissance. La Chine a lancé en 2016 un satellite équipé d’un bras robotisé en orbite géosynchrone. Un autre lancement en 2021 a déployé le Shijian-21 ou SJ-21, un engin spatial chargé d’une mission de mitigation des débris spatiaux.

LA CHINE DÉMONTRE LA POSSIBILITÉ DE RAVITAILLER LES SATELLITES

Le SJ-21 s’est amarré à un ancien satellite de navigation chinois hors service et l’a déplacé vers une altitude supérieure pour élimination avant de revenir dans la ceinture géosynchrone. En janvier 2025, la Chine a lancé la mission de ravitaillement SJ-25, qui s’est amarrée au SJ-21 quelques mois plus tard. Les satellites se sont ensuite séparés, achevant ce qui semble être la première démonstration de ravitaillement jamais réalisée depuis la Terre. Le carburant supplémentaire devrait permettre au SJ-21 de prolonger sa durée de vie et de visiter d’autres satellites en orbite géosynchrone pour les repositionner.

LES APPLICATIONS MILITAIRES DU MRV SONT ÉVIDENTES

Northrop Grumman et sa filiale SpaceLogistics partagent la même ambition que la Chine avec le Mission Robotic Vehicle. Cette capacité présente des applications militaires claires. L’année dernière, le chef du US Space Command, le général Stephen Whiting, a déclaré devant le Congrès que la Chine développait des satellites manœuvrables anti-espace en orbite pour cibler les satellites américains en utilisant des technologies à double usage. Il a explicitement cité le SJ-21 comme exemple de mission que la Chine pourrait utiliser à des fins offensives potentielles contre les satellites dont dépendent les États-Unis pour défendre le territoire et projeter leur puissance.

L’ARMÉE AMÉRICAINE DÉJÀ EN ORBITE POUR OBSERVER

L’US Space Force dispose déjà d’une flotte de satellites inspecteurs qui patrouillent en orbite géosynchrone pour observer et signaler les activités des engins spatiaux étrangers. Les opérateurs militaires américains ont manœuvré l’un de ces satellites inspecteurs près des SJ-21 et SJ-25 pendant l’opération de ravitaillement l’année dernière.

UNE PREMIÈRE POUR LES ÉTATS-UNIS : UN SATELLITE ROBOTISÉ DE NIVEAU CHINOIS

Mais les responsables militaires américains n’avaient jamais reconnu publiquement l’existence d’un satellite américain doté de capacités similaires à celles des trois satellites Shijian de la Chine. Cette situation change avec la mission MRV de Northrop Grumman. La DARPA a investi environ 420 millions de dollars pour développer la charge robotique du satellite, en plus des centaines de millions injectés par Northrop Grumman.

UNE COLLABORATION PUBLIC-PRIVÉ POUR UNE NOUVELLE ÈRE

Ce partenariat public-privé a permis de réunir le programme commercial de servicing satellite de Northrop Grumman avec le programme Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS) de la DARPA. Ces programmes fonctionnaient initialement de manière indépendante. Northrop Grumman a développé deux satellites appelés Mission Extension Vehicles et les a lancés en 2019 et 2020. Les MEVs se sont amarrés à des satellites de communications commerciaux vieillissants en orbite géosynchrone pour prendre le contrôle de leur pointage et de leur orbite.

LE MRV AMÉLIORE LE CONCEPT DES MEV

Le MRV s’appuie sur le concept des MEV, mais grâce aux bras robotisés financés par la DARPA, le nouveau satellite de service n’a pas besoin de s’engager auprès d’un seul client. Il peut utiliser ses bras pour installer les Mission Extension Pods de Northrop sur plusieurs satellites géosynchrones. Ce n’est pas du ravitaillement, mais le MRV sert le même objectif.

LA DARPA ET LE LABORATOIRE DE Recherche NAVALE À L’ŒUVRE

La DARPA s’est associée au Naval Research Laboratory pour développer la charge robotique du RSGS. Plus de vingt ans de travail ont permis de concevoir un système robotique répondant aux normes de fiabilité du département de la Défense, incluant des bras robotisés redondants, des systèmes avioniques et des équipements de mission. La charge RSGS intègre également des caméras et des capteurs pour permettre au MRV de s’approcher de manière autonome, inspecter, capturer et mettre à niveau les satellites clients qui n’ont pas été conçus pour recevoir des visiteurs.

UNE DÉCENNIE DE TRAVAIL POUR UNE RÉVOLUTION

« Ce parcours jusqu’à la rampe de lancement représente l’aboutissement d’un effort de plusieurs décennies mêlant vision, prise de risque et ingénierie acharnée », a déclaré Bernard Kelm, directeur par intérim du Naval Center for Space Technology du NRL. La DARPA a financé pour la première fois les travaux de robotique spatiale du NRL en 2002, avec une petite étude pour un concept appelé RescueSat. Le RSGS trouve ses origines dans cette initiative.

« Le RSGS est conçu pour changer définitivement ce paradigme du lancer-et-abandonner », a expliqué Kelm. « Le programme RSGS modifie ce modèle en permettant des interventions en orbite, y compris des inspections, la résolution d’anomalies mécaniques, le déplacement de satellites et les mises à niveau. »

LA DARPA N’EN EST PAS À SA PREMIÈRE EXPÉRIENCE

Ce n’est pas la première incursion de la DARPA dans le domaine du servicing satellite. La mission Orbital Express, lancée en 2007, a achevé plusieurs mois de manœuvres de rendez-vous et d’amarrage, de tests de bras robotisés et d’autres démonstrations de service en orbite basse. La DARPA a officiellement lancé le programme RSGS en 2015, s’appuyant sur les travaux robotiques déjà en cours au Naval Research Laboratory. La DARPA avait initialement sélectionné Maxar (devenu depuis Lanteris Space Systems) pour participer au programme RSGS, mais l’entreprise s’est retirée. La DARPA a remplacé Maxar par Northrop Grumman en 2020.

LA NASA A AUSSI CONTRIBUÉ À LA MISSION

Le Goddard Space Flight Center de la NASA a également apporté son expertise en ingénierie au programme RSGS après que la NASA a annulé sa propre mission de servicing satellite robotisé en 2024. Le soutien de la NASA a inclus le développement d’outils de simulation et d’analyse dynamique, la vérification des logiciels et une équipe d’opérateurs robotiques de vol pour assister les contrôleurs au sol pendant les opérations de mission.

DES BRAS ROBOTISÉS PLUS COMPLEXES QUE JAMAIS

« Le RSGS est conçu pour travailler sur des satellites qui n’ont pas été préparés, et c’est pourquoi il dispose de robotiques plus complexes », a expliqué Jim Shoemaker, responsable du programme RSGS à la DARPA. « Il s’agit d’un système opérationnel. Orbital Express avait un seul bras. Le RSGS en a deux, ce qui est un avantage. Cela vous donne plus de capacités. De plus, cela vous offre une certaine redondance si vous rencontrez un problème avec l’un des bras pendant la mission. »

« L’autre différence ici est que la DARPA travaille à transférer cette capacité à l’industrie, donc il s’agit d’un partenariat public-privé. »

LES PREMIERS MODULES DE PROPULSION EN ORBITE

Les trois premiers Mission Extension Pods de Northrop Grumman ont été lancés sur la même fusée que le MRV, mais ils voyagent séparément jusqu’à l’orbite géosynchrone en utilisant une propulsion électrique. Les modules, chacun de la taille d’un lave-vaisselle, resteront en attente dans cette orbite pour être récupérés par les bras robotisés du MRV. Après avoir récupéré le premier module, le satellite de service rejoindra son premier satellite client et s’alignera précisément avec celui-ci pour installer le module dans son compartiment moteur. Le MEP s’amarrera au satellite et prendra le contrôle de sa propulsion pour une durée pouvant aller jusqu’à huit ans, agissant comme un réacteur dorsal ou une version miniature des MEV pour déplacer le client dans l’orbite géosynchrone selon les besoins.

LA MICROGRAVITÉ, UN DÉFI POUR LES BRAS ROBOTISÉS

Les ingénieurs ont testé de manière approfondie les bras robotisés au sol, dans la pleine mesure de la gravité terrestre. Mais les choses fonctionnent différemment en microgravité.

« L’inertie fonctionne différemment dans l’espace », a expliqué Shoemaker. « Quand vous déplacez le bras dans une direction, l’ensemble du satellite veut tourner dans la direction opposée, donc chaque mouvement des bras doit être compensé par le système de contrôle pour maintenir le satellite dans la même position. C’est assez complexe. »

« Et ensuite, quand vous vous amarrerez à un autre satellite, vous changerez complètement la dynamique car vous aurez doublé la masse et les dimensions, et votre système de contrôle devra être capable de s’adapter à cette nouvelle configuration », a-t-il poursuivi. « Ce sont des choses qui tendent à être vraiment difficiles. »

DES OUTILS MODULABLES POUR PLUSIEURS MISSIONS

Les bras robotisés peuvent faire plus que manipuler les modules de propulsion de Northrop. Les extrémités des bras peuvent accueillir différents types d’outils. La mission lancée cette semaine comportait deux outils de capture de modules utilisés pour saisir les MEPs ou tout autre objet équipé d’un dispositif de saisie. Le MRV dispose également de deux copies d’un outil de type Marman ring qui permettra au satellite de service principal de s’amarrer directement à un satellite client si nécessaire.

LE PREMIER CLIENT DU MRV RESTE SECRET

Northrop Grumman et SpaceLogistics n’ont pas identifié quel satellite sera la première destination du MRV. Les entreprises ont des accords commerciaux avec deux opérateurs de satellites de communications, SES et Optus, pour ajouter des réacteurs dorsaux à leurs engins spatiaux à l’aide du MRV. L’US Space Force devrait également utiliser le MRV pour visiter au moins l’un de ses satellites.

UNE TRANSITION VERS L’INDUSTRIE PRIVÉE

Northrop Grumman a pris possession de la charge robotique financée par le gouvernement au lancement, mais l’entreprise doit encore fournir à la DARPA des informations sur les performances de la mission lors du premier appel de service.

« Après avoir terminé cette démonstration, la DARPA, c’est-à-dire le gouvernement, sort un peu du siège du conducteur car c’est à ce moment-là que nous passons vraiment les choses en main », a expliqué Shoemaker.

L’US Space Force prendra alors la relève du rôle de partenaire gouvernemental de la DARPA. Northrop Grumman conservera la propriété du satellite et de la charge utile et restera responsable des opérations quotidiennes.

« Ils l’exploiteront pendant 10 à 13 ans, ce qui correspond à la durée de vie moyenne de la mission », a précisé Shoemaker. « Ainsi, le gouvernement américain bénéficie de la capacité de service en orbite sans avoir à payer les coûts de maintenance à long terme. Selon les besoins, le gouvernement américain peut passer un contrat avec Northrop Grumman pour obtenir des services. »

UNE ADAPTABILITÉ QUI FAIT LA DIFFÉRENCE

Les responsables de la mission ont souligné l’adaptabilité du MRV lors d’entretiens avec Ars. C’est ce qui le distingue des autres missions de servicing satellite, selon Shoemaker.

« Le RSGS dispose de bras robotisés à sept degrés de liberté, très instrumentés. Les extrémités des bras peuvent attacher plusieurs outils comme des mains, et ils disposent également d’un bon niveau de contrôle autonome », a-t-il déclaré. « Il s’agit de robotique polyvalente à haute dextérité. »

UNE LOGISTIQUE ORBITALE POUR L’AVENIR

Les équipes au sol pourraient construire et lancer davantage de réacteurs dorsaux pour rejoindre le MRV en orbite géosynchrone après que le vaisseau spatial aura utilisé les trois modules déjà en place. De futurs lancements pourraient emporter de nouveaux outils, tels qu’un couteau, un coupe-fil ou un tournevis robotisé pour des services ou réparations plus invasifs. Et le MRV lui-même est conçu pour être ravitaillé en orbite. Northrop Grumman ne prévoit pas de construire immédiatement un deuxième MRV, mais continuera à améliorer et à augmenter le véhicule qu’il vient de lancer.

Une autre idée consiste à utiliser le MRV pour inaugurer une nouvelle ère dans la logistique orbitale, et pas seulement pour le servicing et la prolongation de la durée de vie. Le vaisseau spatial pourrait théoriquement faire partie d’un train logistique en orbite géosynchrone. Un vaisseau dépôt, tel que la plateforme satellite ROOSTER de Northrop ou le Blue Ring de Blue Origin, pourrait être lancé avec une réserve de pièces détachées, de charges utiles et de capteurs prépositionnés. Le MRV pourrait venir récupérer ces charges utiles et les livrer aux satellites qui en ont besoin.

L’ORBITE GÉOSYNCHRONE, UNE CIBLE STRATÉGIQUE

Le marché de la sécurité nationale le plus lucratif pour le servicing satellite se situera probablement d’abord en orbite géosynchrone, qui abrite certains des satellites militaires les plus coûteux, valant plusieurs milliards de dollars. Les engins qui s’y trouvent sont uniques en leur genre ou opèrent en petites flottes. Malgré la distance par rapport à la Terre, cela rend les satellites géosynchrones vulnérables aux attaques. Les satellites en orbite basse (LEO), à quelques centaines de kilomètres seulement de la planète, font souvent partie de grandes constellations proliférées, comme Starlink de SpaceX. À quelques exceptions près, les satellites militaires et commerciaux en LEO sont moins coûteux et plus faciles à remplacer que ceux en GEO.

L’ORBITE BASSE, UNE NOUVELLE FRONTIÈRE POUR LE RAVITAILLEMENT

Mais il existe un avenir pour le ravitaillement et le servicing en orbite basse. La NASA a signé l’année dernière un contrat avec Katalyst Space Technologies, une startup de fabrication de satellites, pour rehausser l’orbite d’un de ses satellites d’astronomie en LEO. Katalyst a lancé la mission le mois dernier, et le vaisseau spatial est maintenant à la poursuite de son client.

SpaceX prévoit la démonstration de ravitaillement la plus ambitieuse de l’histoire avec sa fusée Starship. SpaceX vise à transférer des propergols cryogéniques entre des Starship en LEO, peut-être fin cette année ou l’année prochaine, dans une expérience préliminaire pour de futures sorties de ravitaillement à grande échelle destinées à soutenir les alunissages du programme Artemis de la NASA.

Ces entreprises et d’autres empruntent des voies distinctes vers le servicing satellite, le ravitaillement en orbite, les dépôts spatiaux et ce que l’armée aime appeler les opérations spatiales dynamiques. Mais la tendance est incontestable : pour exploiter pleinement le domaine spatial, il faut abandonner la mentalité du jetable.