En mai 2022, un Lancement de la fusée SpaceX Falcon 9 la mission Transporter-5 en orbite. La mission contenait une collection de micro et nanosatellites de l’industrie et du gouvernement, dont un du MIT Lincoln Laboratory appelé Agile MicroSat (AMS).
La mission principale d’AMS est de tester les capacités de manœuvre automatisées dans l’environnement tumultueux de l’orbite terrestre très basse (VLEO), en commençant à 525 kilomètres au-dessus de la surface et en descendant. VLEO est un emplacement difficile pour les satellites car la densité de l’air plus élevée, associée à une météo spatiale variable, provoque une traînée accrue et imprévisible qui nécessite des manœuvres fréquentes pour maintenir la position. À l’aide d’un système de propulsion électrique ionique standard et d’algorithmes personnalisés, AMS teste dans quelle mesure il peut exécuter une navigation et un contrôle automatisés sur une période de mission initiale de six mois.
« AMS intègre des algorithmes de propulsion électrique et de navigation et de guidage autonomes qui poussent une grande partie du fonctionnement du propulseur sur le vaisseau spatial, un peu comme une voiture autonome », explique Andrew Stimac, qui est le chercheur principal du programme AMS et le responsable du Groupe Systèmes et Concepts Intégrés du laboratoire.
Stimac voit AMS comme une sorte de mission pionnière dans le domaine de l’autonomie des petits satellites. L’autonomie est essentielle pour prendre en charge le nombre croissant de lancements de petits satellites pour l’industrie et la science, car elle peut réduire le coût et la main-d’œuvre nécessaires à leur maintenance, permettre des missions qui nécessitent des réponses rapides et impromptues et aider à éviter les collisions dans un ciel déjà encombré. .
AMS est le tout premier test d’un nanosatellite doté de ce type de capacité de manœuvre automatisée.
AMS utilise un propulseur à propulsion électrique qui a été sélectionné pour répondre aux contraintes de taille et de puissance d’un nanosatellite tout en fournissant une poussée et une endurance suffisantes pour permettre des missions pluriannuelles qui fonctionnent en VLEO. Le logiciel de vol, appelé Bus Hosted Onboard Software Suite, a été conçu pour faire fonctionner de manière autonome le propulseur afin de modifier l’orbite du vaisseau spatial.
Les opérateurs au sol peuvent donner à AMS une commande de haut niveau, telle que descendre et maintenir une orbite de 300 kilomètres, et le logiciel programmera des brûlures de propulseur pour réaliser cette commande de manière autonome, en utilisant les mesures du récepteur GPS embarqué comme rétroaction. Ce logiciel expérimental est distinct du logiciel de vol du bus, ce qui permet à AMS de tester en toute sécurité ses nouveaux algorithmes sans mettre en danger le vaisseau spatial.
« L’un des catalyseurs de l’AMS est la manière dont nous avons créé ce bac à sable logiciel à bord du vaisseau spatial », explique Robert Legge, qui est un autre membre de l’équipe AMS. « Nous avons notre propre logiciel hébergé qui s’exécute sur l’ordinateur de vol principal, mais il est séparé du logiciel d’avionique critique pour la santé et la sécurité. Fondamentalement, vous pouvez considérer cela comme un petit environnement de développement sur le vaisseau spatial où nous pouvons tester différents algorithmes. «
AMS a deux missions secondaires appelées Camera et Beacon. La mission de la caméra est de prendre des photos et de courts clips vidéo de la surface de la Terre pendant que l’AMS se trouve dans différentes positions en orbite terrestre basse.
« L’une des choses que nous espérons démontrer est la capacité de réagir aux événements actuels », déclare Rebecca Keenan, qui a aidé à préparer la charge utile de la caméra. « Nous pourrions entendre parler de quelque chose qui s’est passé, comme un incendie ou une inondation, puis réagir assez rapidement pour manœuvrer le satellite pour l’imager. »
Keenan et le reste de l’équipe AMS collaborent avec le programme DisasterSat du laboratoire, qui vise à améliorer les pipelines de traitement d’images satellites pour aider les agences de secours à répondre plus rapidement aux catastrophes. Les petits satellites qui pourraient programmer des opérations à la demande, plutôt que de les planifier des mois à l’avance avant le lancement, pourraient être un atout majeur pour les efforts d’intervention en cas de catastrophe.
L’autre charge utile, Beacon, teste de nouvelles capacités d’optique adaptative pour suivre des cibles en mouvement rapide en envoyant une lumière laser du satellite en mouvement à une station au sol à l’observatoire Haystack du laboratoire à Westford, Massachusetts.
Permettre un pointage laser précis à partir d’un satellite agile pourrait aider de nombreux types de missions spatiales, telles que les communications et le suivi des débris spatiaux. Il pourrait également être utilisé pour des programmes émergents tels que Breakthrough Starshot, qui développe un satellite capable d’accélérer à des vitesses élevées à l’aide d’une voile de lumière propulsée par laser.
« Pour autant que nous sachions, il s’agit de la première étoile guide artificielle en orbite qui a été lancée à des fins d’optique adaptative dédiée », a déclaré Lulu Liu, qui a travaillé sur la charge utile Beacon. « Théoriquement, le laser qu’il transporte peut être manoeuvré en position sur d’autres engins spatiaux pour soutenir un grand nombre de missions scientifiques dans différentes régions du ciel. »
L’équipe a développé Beacon avec un budget et un calendrier stricts et espère que son succès raccourcira la boucle de conception et de test des systèmes d’émetteur laser de nouvelle génération. « L’idée est que nous pourrions en avoir plusieurs volant dans le ciel à la fois, et un système au sol peut pointer vers l’un d’eux et obtenir un retour en temps quasi réel sur ses performances », explique Liu.
AMS pèse moins de 12 kilogrammes avec des dimensions 6U (23 x 11 x 36 centimètres). Le bus a été conçu par Blue Canyon Technologies et le propulseur a été conçu par Enpulsion GmbH.
Legge dit que le programme AMS a été abordé comme une opportunité pour le Lincoln Laboratory de montrer sa capacité à mener des travaux dans le domaine spatial de manière rapide et flexible. Certains obstacles majeurs au développement rapide de nouvelles technologies spatiales ont été les longs délais, les coûts élevés et la tolérance au risque extrêmement faible associée aux programmes spatiaux traditionnels. « Nous voulions montrer que nous pouvions vraiment réaliser des prototypes et des tests rapides de matériel et de logiciels spatiaux en orbite à un coût abordable », a déclaré Legge.
« AMS montre la valeur et le temps de mise en orbite rapide offerts par l’association avec des partenaires commerciaux spatiaux rapides pour les technologies de bus de base des engins spatiaux et les opérations de lancement et de segment sol, tout en permettant au laboratoire de se concentrer sur des concepts de mission innovants, des composants et des charges utiles avancés et des algorithmes et un logiciel de traitement », explique Dan Cousins, qui est le gestionnaire de programme pour AMS. « L’équipe AMS apprécie le soutien du Bureau de la technologie du laboratoire pour nous permettre de présenter un modèle opérationnel efficace pour les programmes spatiaux rapides. »
AMS a pris sa première image le 1er juin, a terminé la mise en service de son propulseur en juillet et a commencé à descendre vers sa position cible VLEO.
Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement au MIT.