Avec un petit réseau de satellites autour de Mars, les rovers pourraient naviguer de manière autonome

En ce qui concerne l’exploration “au sol” de Mars, les rovers font de très bons éclaireurs avancés. De Pathfinder à Perseverance, nous avons vu ces robots semi-autonomes faire ce que les explorateurs humains veulent faire à l’avenir. Maintenant, les ingénieurs étudient les moyens d’étendre l’exploration des rovers sur Mars. Une chose à laquelle ils pensent : des constellations de satellites de communication pour la navigation en surface de Mars.

La génération actuelle de rovers martiens a atterri dans des endroits facilement accessibles. D’autres régions martiennes, telles que les pôles ou Valles Marineris, restent à peu près intactes. C’est en partie parce qu’ils sont difficiles à atteindre et que leur conditions météorologiques défis actuels. Les pôles contiennent de nombreux indices sur le système climatique martien. Bien qu’une calotte soit connue pour être principalement de la glace d’eau, les deux calottes pourraient contenir (ou cacher) de l’eau supplémentaire soit dans des lacs souterrains, soit gelée sous les calottes. C’est un produit que tout futur explorateur de Mars devra exploiter pour sa survie et d’autres opérations. Toutes ces raisons font des régions polaires une cible de choix pour les futurs rovers.

Aujourd’hui, les orbiteurs autour de Mars font le gros du travail des communications entre la Terre et la planète rouge. Mais l’exploration future nécessite des systèmes de communication plus flexibles, en particulier si nous allons étudier les régions polaires. Alors, imaginez ce scénario : la NASA ou une autre agence veut envoyer une flotte de rovers vers les calottes polaires de Mars. La distance complique les communications entre le sol et les rovers pour chacun de leurs mouvements. Des temps de trajet léger de plusieurs minutes pourraient rendre très difficile la navigation dans des situations « en temps réel ». La solution consiste à déployer Satellite constellations qui peuvent “voir” les régions polaires et aider les rovers à naviguer avec plus de précision.

Les petits satellites à la rescousse

Une équipe d’ingénieurs dirigée par Ph.D. L’étudiante Serena Molli du Département de génie mécanique et aérospatial de l’Université Sapienza de Rome a réalisé une étude conceptuelle de constellations de petits satellites (smallsat) sur Mars. Leur objectif est d’en concevoir un qui soit presque complètement autonome et qui puisse gérer le positionnement relatif et absolu de ses nœuds autour de la planète. La constellation doit prendre en charge la navigation pour d’autres sondes, telles que les objets en phase d’entrée, de descente et d’atterrissage (EDL), ainsi que les atterrisseurs, les rovers ou les orbiteurs. Les nœuds communiqueraient entre eux via une liaison inter-satellites (ISL) et avec les rovers et autres installations en surface.

Dans un article à paraître dans Acta Astronautique, Molli et l’équipe décrivent des modèles pour deux de ces constellations. Ils se concentrent sur les systèmes qui n’ont pas besoin de mises à jour constantes de la Terre. Chacun utilise cinq satellites pour communiquer entre eux et avec la surface. Selon leur configuration orbitale, ils pourraient assurer une couverture presque constante de la régions polaires.

“Nous avons obtenu d’excellentes performances avec ce système de navigation autonome sans avoir besoin de programmation par IA”, a expliqué Molli. “Le logiciel embarqué s’appuie sur une théorie et des algorithmes de détermination d’orbite dédiés, adaptés pour relever le défi du nouveau système de navigation autonome. Cependant, le logiciel de détermination d’orbite embarqué peut bénéficier de mises à jour. Le système le permet. Ce dont nous avons besoin, c’est d’un système suffisamment puissant ordinateur de bord et contacts périodiques avec la Terre, à la fois pour des vérifications de l’état du système, une meilleure détermination de l’orbite et, si nécessaire, des mises à niveau logicielles.”

Naviguer sur Mars

L’équipe a proposé systèmes de navigation sont basés sur des petits satellites actuellement en conception à l’italien génie aérospatial groupe Argotec. Ils travaillent sur un système “Internet de la lune” basé sur des microsatellites appelé ANDROMEDA. Les systèmes proposés par l’équipe de Molli disposent de la technologie ISL requise qui favorise la communication entre les nœuds satellites. Cela a été utilisé auparavant pour la géodésie terrestre et planétaire, notamment avec les missions GRACE et GRAIL.

Son application à Mars nécessite de nombreuses données sur la planète afin de faire fonctionner le système efficacement. “Dans notre travail, nous exploitons les connaissances antérieures du Martien champ gravitationnel de missions telles que MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) et MGS (Mars Global Surveyor)”, a déclaré Molli. “Cela permet au vaisseau spatial du constellation déterminer sa position de manière autonome ou avec un lien sporadique avec la Terre, en fonction de l’altitude des orbites et par conséquent des effets des gradients de gravité sur la dynamique de l’engin spatial.”

Petits satellites dans d’autres mondes

L’équipe souligne que ces constellations de petits satellites s’accompagnent de faibles coûts de développement et de lancement et de délais de développement courts. Ils offrent également une flexibilité dans la mise en œuvre de la mission. En effet, plusieurs systèmes peuvent être lancés simultanément avec des lancements dédiés ou en tant que charges utiles secondaires de missions plus importantes. Si tout cela se passe sur Mars, il est possible que des systèmes satellites similaires soient utilisés sur d’autres mondes du système solaire. Cependant, ceux-ci viennent avec de grandes inconnues.

“Le déploiement de ce système de navigation sur d’autres planètes et lunes présente plusieurs défis”, a déclaré Molli. “La Conditions environnementales sont très différents : champs de rayonnement, environnement thermique différent, etc. Il faut donc adapter le matériel pour faire face à l’environnement lunaire. De plus, la connaissance du champ de gravité et de l’état de rotation de ces corps peut ne pas être connue aux niveaux requis pour effectuer un positionnement précis.”

Le premier test d’un tel système débutera sur Mars alors que les équipes spatiales planifient des missions polaires. Ainsi, le développement de petites constellations de satellites est crucial. Non seulement ils aideront à l’exploration de Mars, mais ils pourraient éventuellement ouvrir la voie à des constellations similaires autour de mondes au-delà de la planète rouge.

Des recherches connexes ont également été publiées dans Le Journal des sciences planétaires.