Imaginez que vous achetiez un véhicule qui devait durer huit ans avec un seul réservoir d’essence. Vous éviteriez probablement les fortes accélérations, surveilleriez de près la jauge de carburant et ne quitteriez pas l’allée à moins qu’il ne s’agisse d’un voyage d’une importance vitale.
C’était l’analogie présentée jeudi par le lieutenant-général John Shaw, commandant adjoint du Commandement spatial américain, pour la façon dont la Force spatiale exploite ses satellites de reconnaissance.
« La façon dont nous menons des opérations spatiales depuis l’aube de l’ère spatiale – nous l’avons mal fait », a déclaré Shaw lors d’un événement organisé par le Mitchell Institute for Aerospace Studies.
La flotte militaire de satellites de communications, de navigation, d’alerte précoce et de surveillance ne s’éloigne jamais de leurs orbites opérationnelles. Chaque vaisseau spatial a une quantité finie de carburant pour que ses propulseurs changent d’altitude ou d’inclinaison (l’angle de sa trajectoire de vol orbitale par rapport à l’équateur).
Mais il est temps pour l’armée de transcender les limites orbitales imposées par la mécanique céleste sur un satellite avec un seul réservoir de carburant, a déclaré Shaw.
« Il existe un ensemble émergent de plates-formes qui, selon nous, doivent surmonter cette approche positionnelle », a-t-il déclaré. « Et ils doivent probablement passer la majeure partie de leur vie à changer leur état énergétique et à manœuvrer, au lieu de rester en orbite… Nous avons des satellites qui ont des durées de vie projetées mesurées en années et des réservoirs de carburant fixes, donc nous ne pouvons tout simplement pas faire cela. Et cela limite notre capacité à faire beaucoup de choses que nous voulons faire au US Space Command. »
La zone de responsabilité de l’US Space Command s’étend du sommet de l’atmosphère à la Lune et au-delà. La Force spatiale, créée en tant que nouvelle branche militaire en 2019, est chargée d’équiper le Commandement spatial et d’autres commandements régionaux du monde entier d’armes, de capteurs et de personnel pour répondre aux menaces hostiles.
« Je ne veux plus de Zeppelins »
Shaw, en tant que général de deuxième rang au Space Command, a déclaré que son équipe avait besoin de satellites qui manœuvraient continuellement en orbite.
Il a utilisé l’exemple des satellites de surveillance de voisinage de l’armée américaine parcourant une orbite géosynchrone à plus de 22 000 milles (près de 36 000 kilomètres) au-dessus de l’équateur. Sur cette orbite, la vitesse d’un vaisseau spatial correspond au taux de rotation de la Terre, faisant de la ceinture géosynchrone un emplacement populaire pour les communications précieuses, le renseignement électromagnétique et les satellites d’alerte de missiles.
Les satellites du Programme de connaissance de la situation spatiale géosynchrone (GSSAP) de la Force spatiale sont conçus pour approcher et inspecter d’autres objets dans la ceinture géosynchrone, en gardant un œil sur les engins spatiaux chinois et russes sur des orbites similaires. L’armée a lancé six satellites GSSAP à ce jour.
« Leur seul but est de se déplacer dans la ceinture géosynchrone et de regarder d’autres plates-formes », a déclaré Shaw. « Nous examinerons nos propres plates-formes si quelque chose ne fonctionne pas correctement … Et s’il y a quelque chose qui se comporte de manière suspecte, nous irons également l’examiner. C’est comme la Garde côtière. Nous allons l’examiner et nous assurer on comprend mieux ce que c’est. »
Shaw a déclaré que l’armée est « limitée » par ce qu’elle peut faire avec les satellites GSSAP parce que les contrôleurs au sol « doivent penser en termes de mois et d’années » de durée de vie du carburant avec chaque décision sur quoi et où manœuvrer le vaisseau spatial pour approcher un autre objet dans orbite. Chaque unité de carburant sur un satellite se traduit par la capacité du vaisseau spatial à modifier sa vitesse d’une certaine quantité – une mesure connue sous le nom de « delta-V » dans le langage des vols spatiaux.
« Si nous voyions un satellite qui se comportait de manière suspecte, mais qu’il était suffisamment éloigné d’une plate-forme GSSAP, il nous faudrait un certain temps pour y arriver, étant donné le budget de carburant limité, et il pourrait être déterminé que nous ne pouvons tout simplement pas y arriver parce que cela ne rentre pas dans la durée de vie… C’est de l’astrodynamique de base avec des limitations delta-V de base. »
« Nous ne pouvons pas avoir ces contraintes à l’avenir », a déclaré Shaw.
Sans la restriction d’une manœuvrabilité limitée, les satellites militaires pourraient répondre « à volonté » aux menaces d’un adversaire. Un satellite qui peut continuellement manœuvrer en orbite constitue également une cible moins attrayante, a déclaré Shaw. « Je pense que cela a une valeur dissuasive inhérente – notre capacité à comprendre ce qui se passe dans le domaine et à réagir. »
Une option pour atteindre cette capacité est le ravitaillement en orbite.
« Si je pouvais ravitailler mes satellites GSSAP une fois par mois, nous les exploiterions complètement différemment de ce que nous faisons actuellement », a-t-il déclaré. « Ils fonctionneraient à des niveaux de poussée maximum. »
Mais les contrôleurs au sol doivent tenir compte des budgets de carburant et planifier soigneusement chaque manœuvre. Les brûlures à faible impulsion entraînent des changements plus progressifs de l’orbite d’un satellite, éliminant souvent toute chance d’attraper un adversaire par surprise.
« Nous exploitons en quelque sorte le GSSAP aujourd’hui comme si vous faisiez de la reconnaissance aérienne avec un Zeppelin », a déclaré Shaw. « Je veux dire, nous pouvons le faire. Mais vous ne trompez personne en disant que vous venez. Et vous opérez selon les caprices du domaine, et vous devez vraiment comprendre comment je vais le faire. « Est-ce que j’ajuste un peu mon inclinaison? Comment dois-je faire cela? Je dois le faire très soigneusement parce que j’ai très peu de carburant. Je ne veux plus de Zeppelins. »
Alors qu’un satellite GSSAP – le dirigeable Zeppelin dans l’analogie de Shaw – est purement une plate-forme de reconnaissance, l’armée pourrait éventuellement vouloir un vaisseau spatial avec des capacités offensives et défensives, quelque chose qui ressemble à un avion de chasse dans la flotte de l’armée de l’air.
« Alors que nous aurons plus de capacités dans le futur que nous voyons venir – des F-15 en orbite – nous ne pouvons pas piloter un F-15 comme nous pilotons un Zeppelin », a déclaré Shaw. « Cela ne va pas le couper. »
Prendre au sérieux le ravitaillement en orbite
La Force spatiale se met au travail sur des projets pour répondre à l’appel du Commandement spatial. L’armée a attribué l’an dernier un contrat de 44,5 millions de dollars à Orion Space Solutions pour l’expérience Tetra-5, une mission dont le lancement est prévu en 2025 pour démontrer le ravitaillement en hydrazine en orbite géosynchrone.
La mission Tetra-5, développée en partenariat avec le Laboratoire de Recherche de l’Armée de l’Air et l’Unité d’Innovation de la Défense, sera composée de trois petits satellites. Le vaisseau spatial Tetra-5 sera relié en orbite géosynchrone à un dépôt de carburant fourni par Orbit Fab et hébergé sur un satellite d’Impulse Space. Orbit Fab, avec des investissements précoces des géants de l’industrie Lockheed Martin et Northrop Grumman, fournit également le port de ravitaillement pour la démonstration Tetra-5. Le port de ravitaillement est un dispositif appelé interface de transfert de carburant à fixation rapide (RAFTI).
La Force spatiale accélère ses efforts pour mettre en service les capacités de service des satellites en se concentrant sur la technologie que les entreprises commerciales ont déjà en développement, a déclaré le major-général Stephen Purdy en avril. À l’époque, Purdy était responsable de la division de l’accès assuré à l’espace de la Force spatiale, mais il travaille maintenant au Pentagone dans le département d’acquisition de la Force spatiale.
Les satellites civils pourraient également être des clients intéressants pour les sociétés de services de satellites.
« Il est étonnant de voir combien d’entreprises se consacrent à l’entretien et aux manœuvres en orbite ; il est en fait difficile de suivre », a déclaré Purdy. Des dizaines d’entreprises ont participé à une journée de l’industrie de l’entretien des satellites organisée par la Force spatiale l’année dernière.
Une partie des expériences initiales de l’armée en matière d’entretien des satellites consistera à tester des interfaces standardisées pour le ravitaillement. L’une de ces interfaces est le RAFTI d’Orbit Fab. Les futurs satellites pourraient être lancés avec des bouchons de ravitaillement intégrés, mais la plupart des engins spatiaux militaires de la flotte actuelle n’ont pas été conçus en pensant à l’entretien.
Parmi les autres entreprises travaillant sur l’entretien ou le ravitaillement de satellites, citons Maxar, qui est le maître d’œuvre de la mission de démonstration technologique OSAM-1 de la NASA qui tentera de ravitailler un satellite d’observation de la Terre Landsat vieillissant. OSAM-1, dont le lancement est prévu en 2025, tentera de prouver qu’un satellite de maintenance peut enfoncer une sonde de ravitaillement dans le réservoir de carburant du satellite Landsat 7 « et ne pas le faire exploser », a déclaré Purdy. « C’est en fait fascinant, et je suis très très intéressé de voir comment cela fonctionne. »
SpaceLogistics, une filiale de Northrop Grumman, a amarré deux de ses véhicules de prolongation de durée de vie aux satellites Intelsat en orbite géosynchrone, offrant une capacité de manœuvre aux engins spatiaux qui manquent de carburant. La société prévoit ensuite de lancer une série de modules d’extension de mission, ou « jet packs », pour fournir des années de propulsion supplémentaire aux satellites clients en orbite.
La société japonaise Astroscale développe également des expériences pour l’entretien en orbite, avec des plans éventuels pour appliquer la technologie à l’élimination des déchets spatiaux de l’orbite. Une société américaine appelée Starfish Space a lancé le mois dernier sa première expérience de démonstration technologique de maintenance de satellites, mais la mission a rencontré des problèmes peu de temps après son arrivée en orbite.
La Russie ravitaille régulièrement la Station spatiale internationale avec des cargos de ravitaillement Progress. Et DARPA, l’agence de recherche et développement du Pentagone, a testé la technologie d’entretien et de ravitaillement des satellites lors de la mission Orbital Express en 2007, mais aucun programme opérationnel n’était prêt à l’utiliser.
Le major-général David Miller, directeur des opérations de la Force spatiale, a fait écho aux commentaires de Shaw sur le ravitaillement en carburant des satellites. Il a déclaré que les opérateurs de satellites militaires ne veulent pas se retrouver dans une situation « où une seule manœuvre nous sort du combat ou nous fait sortir de la mission ».
Mais l’entretien des satellites n’est peut-être pas la seule solution, en particulier à une époque où des entreprises comme SpaceX ont développé des satellites produits en série pour les méga-constellations, comme le réseau Starlink.
Shaw a déclaré que la Force spatiale pourrait également envisager de lancer des satellites moins chers à une cadence plus régulière. « C’est de la banalisation », a-t-il dit. « Je vais prendre un GSSAP (satellite) aujourd’hui, mais j’en aurai besoin d’un autre dans deux semaines parce que je vais m’en débarrasser. Il va vider ce réservoir d’essence en un rien de temps. »
Quelle que soit la solution, le Space Command souhaite qu’elle soit mise en place d’ici cinq ans pour les satellites dont les missions nécessitent une grande maniabilité.
« Pour toute plate-forme qui, selon nous, doit fonctionner comme une plate-forme d’opérations spatiales dynamique, d’ici 2028, nous voulons avoir une capacité de manœuvre soutenue », a déclaré Shaw.