En avril 2007, la Defense Advanced Research Projects Agency a démontré la capacité de ravitailler un satellite en orbite en équipant un vaisseau spatial d’un bras robotique, en l’amarrant à un autre vaisseau spatial et en transférant près de 32 livres d’hydrazine dans son réservoir de carburant.

La mission, connu sous le nom d'Orbital Express, était plein de premières technologiques, selon Fred Kennedy, qui a dirigé le projet pour la DARPA.

En plus de démontrer la toute première opération de ravitaillement dans l'espace, la mission américaine a montré la capacité d'utiliser des capteurs de suivi et d'imagerie pour se connecter à un satellite de réception et effectuer des opérations de maintenance, telles que le remplacement d'une batterie ou le remplacement d'un ordinateur de vol.

"Le gros problème était l'autonomie", a déclaré Kennedy à C4ISRNET dans une interview le 27 février. "Nous avons pu montrer une sorte d'approche par bouton-poussoir pour nous rapprocher d'un vaisseau spatial et fournir une variété de capacités de maintenance."

Mais quatre mois après son décollage, l'Air Force et la NASA – les partenaires de mission de la DARPA pour cet effort – ont mis fin au programme.

Le projet, conçu pour soutenir un programme de radar spatial qui a été annulé avant même qu'Orbital Express ne décolle, manquait d'application de mission claire, selon l'Air Force et la NASA.

Le résultat n'a pas été particulièrement surprenant pour la DARPA, dont les projets explorent souvent des technologies en avance sur leur temps. Kennedy a déclaré que lui et son équipe ont raccroché leur chapeau et ont supposé que les concepts de ravitaillement et d'entretien qu'ils avaient démontrés finiraient par refaire surface à mesure que les agences prendraient conscience de leur importance.

"Je pense que nous pensions tous qu'il y aurait peut-être une légère pause", a déclaré Kennedy. "Je ne pense pas que quiconque s'attendait à ce qu'il faudrait 18 ans pour vraiment commencer à récolter les fruits de ces succès."

Aujourd'hui, en réponse aux appels des responsables du Space Command américain pour équiper les futurs satellites de connaissance du domaine spatial de réservoirs rechargeables. à la fin de la décennie, la Force spatiale explore l’utilité militaire des capacités de ravitaillement.

En 2020, la Force spatiale a identifié la maintenance, la mobilité et la logistique comme compétences essentielles. Le service a depuis élaboré des exigences générales pour la zone de mission. L'année dernière, il a créé un bureau de programme dédié coordonner les efforts de développement à court et à long terme ainsi que travailler avec des entreprises pour démontrer leurs capacités de ravitaillement.

Alors que l'élan se développe vers la mise en œuvre opérationnelle de ces concepts, les responsables actuels et anciens de la défense et de l'industrie affirment qu'en raison de missions pionnières comme Orbital Express et des efforts du secteur commercial pour s'appuyer sur ces travaux, le défi d'aujourd'hui n'est pas nécessairement technologique. Au lieu de cela, la tâche de la Force spatiale est de définir à la fois une vision claire de l'utilisation par l'armée des services en orbite et de son rôle dans le financement et l'établissement des normes qui façonneront le marché à court terme.

Du point de vue de Kennedy, qui dirige désormais la société Dark Fission Space Systems qui vise à innover dans le domaine de la propulsion nucléaire thermique, le succès dépendra en grande partie de la force spatiale qui soutiendra sa rhétorique par l'action.

« Les mots sont gentils, mais nous devons vraiment agir », a-t-il déclaré. "Je pense que nous avons déjà attendu 18 ans de trop."

Opérations spatiales dynamiques

La maintenance en orbite fait référence à un large éventail de capacités visant à prolonger la durée de vie d'un satellite ou à modifier la manière dont il exécute une mission. Cela peut inclure le ravitaillement en carburant, mais cela peut également impliquer de la maintenance, des mises à niveau ou la fourniture d’une source de propulsion secondaire.

Alors que la Force spatiale a commencé à explorer plus sérieusement l'entretien en orbite il y a quelques années, la véritable poussée dans cette direction est venue en 2022 lorsque le Commandement spatial a commencé à reconnaître que les satellites qu'elle utilise pour surveiller l'environnement spatial étaient sévèrement limités par la quantité de carburant qu'ils contenaient. leurs chars.

La mission du Satellites du Programme de connaissance de la situation spatiale géosynchrone est essentiellement de servir de surveillance de quartier en orbite géosynchrone, à environ 22,000 XNUMX milles au-dessus de la Terre. Pour ce faire, les satellites GSSAP effectuent ce que l’on appelle des opérations de rendez-vous et de proximité, en se rapprochant d’autres engins spatiaux – y compris ceux exploités par des adversaires américains – pour les observer et fournir des données à leur sujet.

Comme d’autres moyens spatiaux militaires, les satellites ont été lancés avec une quantité limitée de carburant, ce qui dicte généralement leur durée de fonctionnement. Bien que cela puisse être approprié pour un GPS ou un satellite de communication qui n'a pas besoin de manœuvrer pour accomplir sa mission, le lieutenant-général John Shaw, alors chef adjoint du Commandement spatial, a observé que cela limitait la manière dont la Force spatiale utilise le GSSAP et d'autres systèmes de connaissance du domaine spatial.

Dans un cas, a déclaré Shaw à C4ISRNET, le Space Command s'est entretenu avec les opérateurs du GSSAP, leur demandant de donner la priorité aux observations de certains objets et d'appliquer différentes manœuvres pour qu'il soit plus difficile pour les propriétaires de ces actifs de savoir qu'ils approchent.

Les opérateurs ont réagi, selon Shaw, affirmant que les satellites n'avaient pas assez de carburant pour effectuer ces manœuvres et restaient utiles jusqu'à la fin de leur durée de vie.

Cette réponse le préoccupait. La connaissance du domaine spatial est essentielle pour comprendre les menaces dans l’espace, et les limitations de ces satellites entravaient leur capacité à accomplir librement cette mission.

« Je me disais : « À quel point est-ce que cela nous contraint ? Comment sommes-nous ici dans un état d’impuissance acquis où nous annulons la capacité de poursuivre certaines cibles ? », a déclaré Shaw, qui a pris sa retraite du Space Command en octobre 2023 et a été nommé au groupe consultatif stratégique de Sierra Space en février. "Quand nous avons commencé à le retirer, c'est plutôt significatif."

Alors qu’il commençait à partager ses observations avec d’autres membres du Space Command, Shaw a déclaré que les inquiétudes avaient commencé à « faire boule de neige », pour finalement se transformer en une vision pour ce qu'il appelle les opérations spatiales dynamiques. La nouvelle façon de fonctionner implique des satellites plus maniables, capables de se déplacer plus librement pour inspecter l’environnement spatial ou pour éviter des menaces adverses ou des débris.

La vision des opérations spatiales dynamiques dépend de la disponibilité de technologies de maintenance, de mobilité et de logistique, comme le ravitaillement en carburant, c'est pourquoi l'année dernière, le Commandement spatial a fait appel à la Force spatiale pour mettre rapidement en place ces capacités.

La réponse du service a été rapide et son nouveau bureau d'acquisition, dirigé par le colonel Joyce Bulson, a mené des exercices sur table et planifié des démonstrations pour mieux comprendre comment la Force spatiale peut répondre aux besoins des opérateurs d'aujourd'hui et de demain.

Bulson avait récemment déclaré aux journalistes que, alors que la Space Force examinait l'entreprise de mobilité et de logistique, elle essayait de tirer parti de la technologie commerciale ainsi que des capacités actuellement en cours de développement avec la NASA et la DARPA.

La DARPA travaille avec SpaceLogistics, une filiale de Northrop Grumman, pour construire un vaisseau spatial permettant d'effectuer des réparations et des mises à niveau de satellites via son Maintenance robotique de satellites géosynchrones .

La NASA, en partenariat avec Maxar Technologies, développait un véhicule de maintenance et de fabrication en orbite conçu pour effectuer des réparations de satellites. Cependant, l'agence a annulé le programme de 2 milliards de dollars le 1er mars en raison de dépassements de coûts et de délais.

"Toutes ces technologies et choses que nous étudions sont basées sur ce que d'autres ont déjà commencé à faire", a déclaré Bulson lors d'un point de presse le 31 janvier lors de la conférence sur la mobilité spatiale à Orlando, en Floride. « Nous n’essayons pas de reproduire les efforts déployés. »

Rigueur analytique

La Force spatiale envisage des démonstrations de ravitaillement au cours des prochaines années pour façonner ses plans pour l’avenir. Le service a attribué l'année dernière à Astroscale US un contrat de 25.5 millions de dollars en septembre pour développer un vaisseau spatial de ravitaillement. L’objectif est que le véhicule puisse ravitailler un satellite lors d’une démonstration en 2026.

Dans le cadre de cet effort, le service travaille également avec la Defense Innovation Unit, le centre technologique commercial du Pentagone. Le plan est que le véhicule de maintenance orbitale d'Impulse Space, appelé Mira, héberge un dépôt de carburant construit par Orbit Fab, basé au Colorado. Le dépôt ravitaillera ensuite le véhicule d'Astroscale via l'interface de transfert de fluide à fixation rapide d'Orbit Fab, qui alimente en gaz le vaisseau spatial. Il soutiendra également une démonstration du laboratoire de recherche de l’Air Force appelée Tetra-5.

Au-delà du ravitaillement, la Space Force s’intéresse également à d’autres technologies pouvant fournir aux satellites une propulsion supplémentaire, notamment des jetpacks pouvant se fixer à des satellites dont les réservoirs de carburant sont épuisés.

Alors que l’équipe d’acquisition prévoit des démonstrations de ravitaillement, le service poursuit des analyses supplémentaires pour mieux comprendre comment cette capacité contribue à son rôle dans les conflits futurs. Un nouveau Commandement du futur spatial, visant à améliorer la rigueur analytique du service, considérera probablement le ravitaillement des satellites comme l'une de ses premières missions émergentes.

Doug Loverro, qui a été secrétaire adjoint à la défense pour la politique spatiale de 2013 à 2017 et est maintenant consultant indépendant, a déclaré à C4ISRNET qu'il était important pour la Force spatiale d'étudier les cas d'utilisation du ravitaillement avant d'adopter un programme formel.

« Il y a beaucoup de discussions, mais il n'y a pas beaucoup d'analyses qui montrent comment cela fonctionnerait », a-t-il déclaré. "Il n'y a pas eu de très bonne analyse pour montrer où dans la chaîne opérationnelle cela fonctionnerait, quelles seraient les exigences et ce genre de choses."

Kennedy a noté que même si le Space Command a exprimé la nécessité d'une sorte de capacité de ravitaillement pour ses systèmes de connaissance du domaine spatial, le service devrait réfléchir aux autres satellites et missions qui pourraient bénéficier de capacités de mobilité et de logistique. Cela inclut les véhicules de transfert, conçus pour déplacer des vaisseaux spatiaux sur différentes orbites.

"Si tout ce que vous dites, c'est que vous voulez que le GSSAP dure un peu plus longtemps", a-t-il déclaré, "cela ne ressemble pas à des opérations spatiales dynamiques".

« À mon avis, tout est question d’accès et des effets que vous pouvez obtenir une fois arrivés à tous les endroits où vous devez aller. Vous devez avoir accès à tous les régimes », a-t-il ajouté.

Demande de signalisation

Bien que la Force spatiale élabore des plans d’acquisition et établisse une base analytique pour ses efforts de ravitaillement, elle n’a pas encore demandé de financement pour ces efforts dans le cadre de sa proposition budgétaire annuelle. Au lieu de cela, il s’est appuyé sur des majorations du Congrès pour financer les démonstrations de maintenance, de mobilité et de logistique ainsi que les efforts de prototypage, dont 30 millions de dollars au cours de l’exercice 2023 qui ont financé son contrat avec Astroscale.

Bulson a déclaré que la Space Force n’avait pas l’intention d’investir des sommes importantes dans une capacité gouvernementale de ravitaillement de satellites sur mesure. Plutôt que d'être le locataire principal, le service souhaite suivre l'exemple des entreprises commerciales dans ce domaine.

"Nous cherchons à tirer parti des services commerciaux dans la mesure du possible", a déclaré Bulson aux journalistes. "Nous ne recherchons pas un investissement gouvernemental important pour mettre à profit ces capacités."

Elle n'a pas confirmé si le service demanderait un financement pour les efforts de maintenance spatiale dans son budget FY25, qui devrait être publié ce mois-ci.

De nombreuses entreprises développant des capacités de ravitaillement et d'autres systèmes de maintenance affirment qu'à court terme, la Force spatiale est le client le plus logique car il n'existe pas encore d'analyse de rentabilisation commerciale solide pour le ravitaillement des satellites.

Erik Daehler, vice-président des systèmes et services orbitaux chez Sierra Space, a déclaré qu'il est plus probable qu'un satellite commercial soit mis hors service parce que ses charges utiles doivent être réapprovisionnées plutôt que de manquer de carburant.

Les entreprises se sont également orientées vers le lancement de vaisseaux spatiaux plus petits, moins coûteux et plus jetables, avec des durées de mission plus courtes en orbite terrestre basse, à une altitude d'environ 1,200 XNUMX milles, réduisant encore davantage le besoin de services de ravitaillement.

« Cela commence à indiquer que le gouvernement américain est le principal locataire principal », a déclaré Daehler à C4ISRNET.

Bien qu’une analyse de rentabilisation commerciale puisse se concrétiser, certaines entreprises affirment que l’armée doit jouer un rôle plus important pour aider le marché naissant à prendre forme. Cela signifie envoyer un signal de demande plus fort sous la forme d’un financement cohérent et d’exigences claires.

Lauren Smith, qui dirige les efforts de ravitaillement dans l'espace de Northrop, a déclaré que la création par la Space Force d'un bureau de programme dédié à l'entretien, à la mobilité et à la logistique est une étape positive, mais pas suffisante.

"En fait, le voir apparaître comme un élément d'un budget est d'une importance cruciale pour que cette technologie progresse", a déclaré Smith à C4ISRNET. « Si le financement n'est pas là pour répondre au sentiment d'urgence dont ils nous parlent, il s'agit vraiment de savoir à quelle vitesse ils ont besoin de nous. Et cela contribuera à accélérer et à faire avancer les choses.

Elle a ajouté que même si la Force spatiale peut communiquer ses besoins par le biais de financements et de lignes budgétaires, des exigences claires du Space Systems Command aideraient également les entreprises à garantir que les systèmes qu'elles développent répondront aux besoins militaires uniques du service.

"Vous voulez minimiser la refonte", a déclaré Smith. "Et donc si nous comprenons clairement dès le départ ce qu'ils cherchent à faire, nous pouvons être plus ciblés et plus efficaces."

Normes d'interface

Les entreprises demandent également à la Force spatiale d'établir des normes pour les ports ou interfaces de ravitaillement dont auront besoin les futurs satellites.

Le service a travaillé avec plusieurs sociétés pour approuver des interfaces qui pourraient servir de normes pour ces satellites et a annoncé en janvier l'approbation du module de ravitaillement passif de Northrop comme option.

La Space Force évalue également les interfaces d'autres sociétés, notamment Orbit Fab, et Bulson a déclaré que le service souhaitait rendre davantage de conceptions disponibles pour une utilisation plus large.

Daehler de Sierra Space a déclaré qu'il est important d'établir des normes communes pour les entreprises qui développent des capacités de ravitaillement et d'autres services – et qui souhaitent s'assurer que les interfaces qu'elles utilisent seront compatibles.

Il a déclaré qu'il y avait une urgence particulière pour Sierra Space, qui conçoit l'avion spatial Dream Chaser pour la NASA et vise le lancement en 2025 d'une plate-forme de démonstration rapide distincte.

"Nous voulons simplement une norme qui puisse être adoptée de sorte que lorsque nous l'adopterons nous-mêmes, nous sachions qu'elle sera utilisable", a déclaré Daehler. "Et compte tenu de nos besoins en matière de normes de ravitaillement, nous devons être prêts pour le lancement en 2025. Cela signifie qu'une norme doit être disponible dès maintenant."

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• La source: https://www.defensenews.com/battlefield-tech/space/2024/03/12/space-force-mulls-refueling-as-industry-calls-for-funding-standards/