Planification et gestion résilientes et durables de la future infrastructure de l'industrie spatiale avec des services en orbite – ReSuSpace

Le projet ReSuSpace vise à optimiser les ressources et services d'entretien en orbite (OOS) en intégrant les incertitudes liées à la demande, comme le nombre et l'emplacement des satellites nécessitant des services. Il introduit des métriques quantitatives de résilience et de durabilité dans un cadre de décision multicritère, au-delà des simples considérations de coût et de service. Un cadre de programmation mathématique général et efficace sera développé pour la planification et la programmation optimales des plateformes OOS. Le projet explorera des méthodes d'intelligence artificielle adaptées pour la prise de décision autonome en situation d'incertitude, intégrant des données via des approximations fonctionnelles pour trouver efficacement des solutions dans des espaces d'actions continues. De plus, le potentiel du Deep Reinforcement Learning (Deep RL) sera exploré pour résoudre des problèmes de décision complexes, avec validation par rapport aux méthodes d'optimisation mathématique développées. Ces avancées visent à améliorer la flexibilité, la résilience et la durabilité de l'industrie spatiale, tout en réduisant les coûts d'exploitation et les risques associés aux débris spatiaux, permettant une architecture spatiale plus durable et efficace.

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Les résultats scientifiques seront publiés dans des revues internationales et des conférences dans les domaines de la recherche opérationnelle, l'ingénierie spatiale et de l'apprentissage automatique, comme EJOR, Acta Astronautica, et des conférences comme EURO et l'International Astronautical Congress (IAC). La plateforme de démonstration aidera à promouvoir la culture scientifique à travers l'enseignement et la vulgarisation, avec des participations à des événements comme la « Vive la recherche ». Des ateliers scientifiques inviteront la communauté scientifique, les acteurs industriels et les agences spatiales pour montrer l'importance des méthodologies d'ingénierie industrielle. Au niveau universitaire, les connaissances seront intégrées dans des cours pour le MSc&T en Stratégie d'affaires spatiale. Les résultats du projet pourront être exploités pour créer des startups deep-tech à CentraleSupélec.

L'industrie spatiale est un secteur clé pour le fonctionnement de systèmes industriels, car elle fournit des services de communication, de navigation et d'observation de la Terre. Aujourd'hui, l'industrie spatiale subit une transformation fondamentale, l'accès à l'espace devenant plus facile et moins cher et le coût de développement et de déploiement des systèmes spatiaux diminuant de manière significative. De nouveaux acteurs industriels développent rapidement les futurs systèmes de production spatiale : construction de méga-constellations (des dizaines de milliers) de satellites pour fournir des services globaux tels que l'Internet des objets (IoT), et développement d'installations de fabrication en orbite pour produire de nouveaux produits mécaniques et pharmaceutiques. Ensemble, ces satellites et ces installations de fabrication en orbite constituent la future infrastructure de production spatiale. Aujourd'hui, cette infrastructure spatiale fonctionne dans l'un des environnements les plus difficiles, est soumise à une myriade d'incertitudes et est largement inaccessible pour l'inspection, la maintenance, le ravitaillement, la mise à niveau ou l'élimination en fin de vie. L'industrie spatiale actuelle fonctionne selon un paradigme " à usage unique ", où le seul moyen de récupérer un système spatial défaillant ou de mettre à jour sa capacité existante est de remplacer le système défectueux par un nouveau, par exemple en construisant et en lançant un nouveau satellite de remplacement. Il en résulte une flexibilité extrêmement faible, des coûts élevés et un environnement spatial non durable où les satellites mis au rebut deviennent des débris spatiaux. Pour répondre à ce problème, un paradigme alternatif a récemment émergé, basé sur l'entretien en orbite (OOS), qui consiste à déployer dans l'espace des véhicules d'entretien en orbite (OSV) robotisés qui peuvent fournir des services de maintenance, d'inspection, de réparation, de ravitaillement, de récupération et de mise à niveau à ces satellites, réduisant ainsi de manière significative leur coût d'exploitation, améliorant leur flexibilité face à de nouvelles demandes et leur résilience face aux pannes.

L'objectif du projet ReSuSpace est de développer des outils quantitatifs d'aide à la décision basés sur la modélisation mathématique avancée, la recherche opérationnelle, l'ingénierie des systèmes, l'évaluation de la résilience et de la durabilité, et l'intelligence artificielle pour la planification et la gestion optimales du cycle de vie de l'industrie spatiale du futur. En particulier, l'objectif est de développer des méthodes de modélisation et de résolution pour la planification optimale de systèmes robotiques d'entretien en orbite (OOS) afin de : (1) prolonger le cycle de vie des systèmes de production spatiale ( i.e. satellites) en fournissant des services d'extension de la durée de vie tels que la maintenance prédictive, le ravitaillement en carburant, la mise à niveau et l'inspection qui augmentent leur résilience face aux défaillances ; et (2) assurer la durabilité de l'industrie en aidant à l'élimination active des débris, à l'évitement des collisions avec les satellites pour empêcher la création de nouveaux débris, et à la désorbitation en fin de vie des satellites inactifs.