Landsat-7 est en difficulté. À 438 milles au-dessus, l’embarcation de la taille d’une fourgonnette fait le tour de la Terre tous les 16 jours. Et depuis plus de 18 ans, le satellite a capturé des images de notre planète en constante évolution. Mais Landsat-7 est à court de carburant.
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Si c'était un engin lié à la Terre, ce ne serait pas un problème. Nous faisons le plein de carburant - avions, trains et automobiles. Mais dans l'espace, c'est une autre histoire. Les satellites parcourent des centaines, voire des milliers de kilomètres de la Terre, à des milliers de kilomètres à l’heure. Cette vitesse et cette distance laissent les opérateurs au sol en grande partie impuissants si quelque chose ne va pas. Cela inclut le ravitaillement en carburant: une fois que les satellites sont à court de gaz, ils sont livrés morts. Les seules exceptions sont Hubble et la Station spatiale internationale, toutes deux en orbite suffisamment basse pour pouvoir être atteintes via une navette et qui valent la peine d’envoyer des personnes pour réparation.
Mais avec le prix moyen des satellites atteignant un milliard de dollars, abandonner les embarcations une fois qu’ils sont vides est coûteux. Cela contribue également au problème sans cesse croissant de la malbouffe spatiale: ces objets fabriqués par l'homme, autrefois utiles, deviennent des dangers potentiellement mortels dans l'espace. "Nous ne le faisons pas parce que nous aimons tout jeter, nous le faisons parce qu'il n'y a pas d'autre option", explique Benjamin Reed, chef de projet adjoint à la Division des projets de maintenance par satellite de la NASA, un groupe déterminé à changer le point de vue des chercheurs. satellites.
Installée dans un entrepôt du Goddard Space Center, dans la Ceinture de verdure du Maryland, la division Projets de maintenance de satellites travaille à la mise au point de nouvelles technologies révolutionnaires permettant de réparer, de ravitailler en carburant et de moderniser les satellites en orbite. Jusqu'à présent, la puissance de calcul et la technologie robotique n'étaient pas assez sophistiquées pour rendre possible cette entreprise délicate.
Les murs de «l'épicentre» caverneux de SSPD, comme l'appelle Reed, sont recouverts d'un drap noir pour imiter l'obscurité de l'espace pendant les simulations. Des bras robotiques, d'une longueur de cinq pieds ou plus chacun, sont fixés à différents angles à chaque poste de travail de la pièce. Une réplique grandeur nature de Landsat-7 se trouve près de la porte et deux bras pointés dans des directions opposées, figés au milieu du geste devant l'embarcation.
Ces armes font partie de la phase de développement d'un projet baptisé Restore-L, un engin destiné à être lancé dans l'espace à l'été 2020, conçu pour ravitailler des satellites en marche à vide. Son premier objectif: Landsat-7.
Faire le plein dans l’espace est cependant bien plus compliqué que vous ne le pensez. Tout d'abord, l'engin doit rattraper le satellite, à sa vitesse. «Un mile par heure plus lentement et [Restore-L] ne l'attrapera jamais; Un kilomètre par heure plus vite, de mauvaises choses [arrivent] », dit Reed en se frappant les poings pour montrer la destruction qui s'ensuivrait.
Diriger une telle entreprise depuis le sol serait presque impossible. Tout léger retard de communication des opérateurs au sol pourrait entraîner une catastrophe. Donc, Restore-L a besoin d’un cerveau qui lui soit propre pour suivre et calculer sa trajectoire à relier au satellite.
Entrez Raven. Légèrement plus petit qu'une caisse à lait, cet appareil dispose de trois instruments optiques: la lumière visible, l'infrarouge et ce qu'on appelle LIDAR, qui envoie des lasers et collecte la lumière dispersée. L’appareil est arrivé à la Station spatiale internationale en février dernier et a depuis été fixé à l’extérieur de la station afin de suivre les mouvements de tout engin spatial entrant et sortant. Les trois capteurs lui permettent de surveiller ces objets dans toutes les conditions d'éclairage, explique Ross Henry, enquêteur principal du projet Raven.
Raven aide essentiellement l'équipe à développer un «système de pilote automatique», explique Henry. Il peut repérer les engins spatiaux entrants à près de 27 km - ils apparaissent sous forme de pixel unique dans une image. Raven utilise ensuite ses capteurs pour suivre le mouvement de l'engin. Basé sur un algorithme interne, Raven peut cracher des coordonnées qui détaillent la position du corps entrant dans l'espace et son orientation. Finalement, des capteurs similaires à Raven seront intégrés à Restore-L.
Au cours de sa mission, ces capteurs permettront à Restore-L de se rapprocher du satellite dans le besoin. Dans le cas de la réparation Landsat-7, les bras robotiques de Restore-L entreraient alors en jeu, s’accrochant à un anneau métallique situé au bas du satellite, qui était à l’origine utilisé pour fixer Landsat-7 au sommet de sa fusée de lancement.
Comme votre bras, les bras du robot ont trois principaux points de mouvement: une épaule, un coude et un poignet, explique Reed. Une caméra située à son poignet lui permet de suivre sa position par rapport au satellite et de réagir aux infimes changements lorsque le couple se déplace dans l’espace à des milliers de kilomètres à l’heure.
«C'est ce que nous pratiquons ici», dit Reed, désignant une autre réplique du bas d'un satellite assis dans le coin éloigné de l'entrepôt. L'anneau inférieur du satellite est exposé et un autre bras robotique reste immobile devant l'appareil. Pour pratiquer la manœuvre, un deuxième robot fait le bob sur le fond du satellite et le tisse tandis que le bras robotique le bloque, en continuant de suivre son mouvement.
"Maintenant - et je ne plaisante pas quand je dis cela - vient la partie la plus facile", dit Reed. "Et c'est le plein d'essence."
Pour cette partie «facile» de la mission, Restore-L utilisera cinq outils spécialement conçus pour accéder au robinet de carburant. Il doit couper l’isolant, retirer un fil de verrouillage sur le capuchon supérieur et dévisser trois capuchons différents. Deux autres outils spécialement conçus seront ensuite utilisés pour visser le bras d'alimentation en carburant sur la buse, pomper du carburant sous une pression de 250 livres par pouce carré et ré-isoler l'orifice. Une fois que le remplissage est terminé, la moitié avant de la buse se sépare du bras de retrait. Il reste un nouveau port de ravitaillement qui ne nécessite que l'utilisation de deux outils pour mener à bien la manœuvre, simplifiant ainsi toutes les missions de ravitaillement futures.
L'objectif de SSPD est de collaborer avec d'autres concepteurs de satellites pour rendre tous les futurs satellites capables de ravitailler en carburant en intégrant la nouvelle conception du port de ravitaillement en carburant. être coopératif », dit Reed. Ces mises au point de satellites sont l'avenir de l'industrie, dit-il. "Il est clair que la plupart des entreprises le reconnaissent et sont déjà intéressées par le service coopératif."
L’équipe envisage également de charger les futurs embarcations de ravitaillement en carburant avec suffisamment de carburant pour entretenir plusieurs satellites, comme une station-service mobile dans l’espace. «Si vous pouvez vous y rendre et restaurer la vie de l'un de ces satellites d'un milliard de dollars, cinq ou dix ans encore, vous récupérerez immédiatement votre argent», déclare Henry. "Si vous pouvez en faire cinq, vous avez le pouvoir de changer la donne."
À l’avenir, l’équipe espère que d’autres appareils, tels que Restore-L, pourront aider à moderniser ou à réparer d’autres satellites. Ils travaillent vers ce qu'on appelle parfois les cinq R, dit Reed: inspection à distance, réinstallation, ravitaillement en carburant, réparation et remplacement.
Un jour, les satellites jetables feront partie du passé. Reed déclare que les junk satellites étaient une nécessité, mais que maintenant, les systèmes modernes sont à la hauteur. «L'industrie des satellites n'est pas en panne», dit-il. "Nous suggérons humblement au monde des satellites, cela pourrait être mieux."
Reed et Henry présenteront lors d'un panel à Future Con, une célébration de trois jours consacrée aux sciences, à la technologie et au divertissement dans Awesome Con, du 16 au 18 juin 2017 à Washington, DC Participez pour en apprendre davantage sur les robots dans l'espace, mais également sur les dinosaures dans l'Antarctique, la nanotechnologie au travail et le multivers!
