Il est très difficile de réaliser des tests en conditions réelles de systèmes de contrôle de mission. Personne ne souhaite prendre de risques avec un satellite existant et précieux ; tester de nouvelles procédures, techniques ou systèmes en orbite est donc généralement impossible. OPS-SAT est un satellite économique, sûr et robuste, même en cas de défaillance lors des tests. « Avec OPS-SAT, les différentes expériences sélectionnées peuvent en prendre le contrôle sans compromettre la mission », explique Karl Olfe, doctorant à l’Université polytechnique de Madrid (UPM), qui a participé au développement de l’expérience proposée par l’E-USOC.
Cette expérience consiste à prendre le contrôle d’attitude du satellite en effectuant une série de manœuvres : orienter le satellite en orbite, modifier son pointage et utiliser différents algorithmes pour comparer son comportement orbital. « Dans cette première expérience, nous comparerons un algorithme de contrôle d'attitude basé sur la logique floue avec le régulateur PID (Proportionnel-Intégral-Dérivé) classique afin de comprendre les avantages du premier. La logique floue est une branche de l'intelligence artificielle qui vise à reproduire le raisonnement humain expert grâce à l'utilisation de variables linguistiques (plutôt que numériques) et de structures conditionnelles de type « si… alors ». Par exemple, si nous devions contrôler la température d'une pièce, nous souhaiterions : « S'il fait froid, alors allumez le chauffage. » « Froid » serait alors la variable linguistique floue », explique Karl Olfe.
Une application pour automatiser le processus.
Un doctorant de l'UPM, ayant participé en 2019 à un atelier du Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) à Darmstadt pour se familiariser avec l'expérience OPS-SAT, a développé une application compatible avec le cadre OPS-SAT qui automatise l'intégralité de l'expérience : elle prend en charge le contrôle d'attitude du satellite, sélectionne l'algorithme approprié, pilote les manœuvres, etc. Pour mener à bien le développement de l'application, il a dû : accéder aux données du satellite, calculer les manœuvres, commander les actionneurs et automatiser l'ensemble du processus, la communication avec le satellite depuis l'unique station au sol existante ne durant que 7 minutes, avec deux passages par jour.
Le travail préliminaire de l'équipe de l'ESOC a également été considérable pour le calcul des différents paramètres des algorithmes de contrôle, tant l'algorithme à logique floue que les algorithmes PID, calculés grâce à leur propre processus d'optimisation basé sur des algorithmes génétiques spécialement conçus à cet effet. « Les algorithmes génétiques sont un type d'algorithme métaheuristique largement utilisé pour résoudre les problèmes d'optimisation multi-objectifs. Ce type d'algorithme repose sur la simulation de l'évolution d'une population initiale d'« individus » mathématiques, en imitant les mécanismes de l'évolution, tels que la mutation génétique et la sélection naturelle. Dans notre cas, les « individus » en évolution étaient les contrôleurs, et leurs « gènes » étaient les paramètres de chaque contrôleur », explique le chercheur Álvaro Bello, responsable de ces optimisations.
L'application étant entièrement développée, les tests au sol ont été menés à bien à l'aide du modèle d'ingénierie de l'ESA hébergé à l'ESOC, et la première version est désormais embarquée à bord du satellite. Les premiers tests d'intégration embarqués ont été récemment effectués avec le satellite en orbite, et les données recueillies sont en cours d'analyse. En collaboration avec les chercheurs de l'ESOC, l'application sera perfectionnée et mise à jour jusqu'à sa version finale, qui permettra de réaliser l'expérience complète.
Une opportunité unique
: « Les coûts inhérents à une mission spatiale, où chaque innovation comporte des risques considérables, expliquent l’absence de données expérimentales sur l’utilisation de contrôleurs flous dans l’espace. Les simulations de ces algorithmes de contrôle dans diverses missions spatiales confirment leurs bonnes performances en termes de coût, d’agilité, de précision et de robustesse. De plus, ce type de contrôleur a démontré d’excellents résultats dans de nombreux secteurs industriels. Par conséquent, cette expérience E-USOC représente une excellente opportunité de les tester sur un satellite réel », concluent les de l’UPM.
