Un Pac-Man géant pour avaler les débris spatiaux

Le satellite Swisscube est en orbite depuis plus de cinq ans. Le défi, c’est maintenant de faire qu’il ne devienne pas un débris spatial de plus... Les ingénieurs d’eSpace, le centre d’ingénierie spatiale de l’EPFL, du Laboratoire de traitement des signaux 5 (LTS 5) et leurs partenaires des HES-SO, comptent bien le relever grâce à CleanSpace One (CSO). Depuis trois ans, ils travaillent sur ce projet de satellite «nettoyeur», qui devrait être envoyé à la rencontre de Swisscube pour l’attraper et se consumer avec lui dans l’atmosphère. Une étape importante vient d’être franchie avec des choix critiques sur la conception des systèmes d’approche et de capture.

Allant du satellite désaffecté à la petite vis isolée, en passant par les étages de fusées, les débris spatiaux en orbite autour de notre planète sont non seulement de toutes les tailles, mais aussi en rapide augmentation. A une vitesse de 7 km/seconde, ils se transforment en de puissants projectiles et constituent une sérieuse menace pour les appareils et personnes en activité dans l’espace. Afin de limiter les risques au maximum, la NASA surveille minutieusement tous ceux d’une taille supérieure à 10 cm. De nombreux acteurs du domaine planchent sur des solutions à plus long terme pour récupérer et éliminer tous ces déchets. Une tâche plus difficile qu’on l’imagine, dans laquelle s’inscrit CleanSpace One…

«Swisscube est non seulement un tout petit objet de 10 sur 10 cm difficile à agripper, mais il a également des parties sombres et d’autres plus claires qui reflètent différemment le soleil, explique Christophe Paccolat, doctorant au LTS 5. Ces variations peuvent perturber le système d’approche visuel et donc l’estimation de son orientation et de sa vitesse de rotation.» Muriel Richard-Noca, responsable du projet, souligne toute la délicatesse de l’opération: «Il suffit d’une imprécision dans le calcul de l’approche pour que Swisscube rebondisse contre CleanSpace One et s’éloigne rapidement dans l’espace».

Fiable et plus souple

Pour éviter de telles déconvenues, des algorithmes d’approche visuelle destinés à être implantés sur les caméras du satellite nettoyeur sont actuellement testés. Pour être précis, ils doivent tenir compte de différents facteurs, tels que les angles d’illumination du soleil, les données physiques du CubeSat, les paramètres de son orbite, la vitesse relative à laquelle il se déplace ou encore son rythme de rotation sur lui-même.

Pour définir le système de capture le plus efficace, les ingénieurs ont bénéficié de la collaboration des étudiants en microtechnique de la Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (hepia). Ceux-ci ont envisagé différentes solutions allant du bras articulé à la pince, en passant par un système de tentacules. C’est finalement la solution dite «Pac-Man» qui a été retenue. Le prototype se présente sous la forme d’un filet en forme de cône dépliable et qui se referme une fois le petit satellite emprisonné. «Ce système est plus fiable et offre plus de marge de manœuvre qu’une pince ou une main articulée», relève Michel Lauria, professeur à l’Institut des sciences et technologies industrielles à hepia. Similairement, des étudiants et professeurs de l’HES-Valais et HE-ARC soutiennent la partie traitement du signal (vision) avec la spatialisation de processeurs très performants.

CleanSpace One pourrait être lancé dès 2018 en collaboration avec la compagnie S3, établie à Payerne. Les développements des systèmes d’approches et de capture ont passé la phase de prototypage, qui a permis de sceller des choix critiques pour le projet. Les étapes suivantes combineront l’élaboration d’une première version des modèles d’ingénierie – présentant une plus haute fidélité que les prototypes - et des tests plus poussés.

http://espace.epfl.ch/site/eSpace/CleanSpaceOne_1 ?