En 2017, le Luxembourg et l’exploration des ressources spatiales se sont retrouvés sous les feux des projecteurs : Le Grand-Duché a adopté un cadre juridique pour l’utilisation des ressources spatiales et a lancé l’initiative spaceresources.lu pour attirer les entreprises du secteur spatial. En 2020, le Centre européen d’innovation en matière de ressources spatiales (ESRIC) a été lancé et la même année, la robotique spatiale a été intégrée aux priorités nationales de recherche du Luxembourg.
Le Luxembourg s’est illustré très tôt dans l’exploration des ressources spatiales, avec plusieurs projets de recherche s’attaquant à ce qui est considéré par beaucoup comme une sorte de dernière frontière. Depuis 2017, le secteur spatial du Grand-Duché connaît une croissance rapide, avec environ 75 entreprises et institutions de recherche actives dans le secteur spatial et employant près de 1 200 personnes.
Simuler la surface de la Lune
Un fort contraste entre ombre et lumière, la surface cratérisée est granuleuse et poussiéreuse. Roulant avec un mouvement semblable à celui d’un char d’assaut, un rover apparaît au bord du cratère. Ce qui ressemble à la Lune est en fait un laboratoire de 80 m2, avec 20 000 kg de gravier basaltique simulant le substrat rocheux de la Lune. Équipé de nombreux capteurs, ce LunaLab permet aux étudiants et aux chercheurs de surveiller les mouvements de leurs algorithmes d’IA et de leurs robots au millimètre près.
Le LunaLab, ouvert dans le cadre de la Interdisciplinary Space Masters du l’Université du Luxembourg, est l’une des rares installations au monde à simuler les conditions lunaires
« De nouvelles entreprises se concentrent sur de nouvelles activités où la robotique est essentielle – comme l’exploration spatiale. Dans le LunaLab, nous nous concentrons sur la simulation de l’aspect visuel de la Lune, afin de tester des algorithmes d’intelligence artificielle pour la localisation, la cartographie, la planification et le contrôle de la trajectoire – en fait, la navigation autonome des robots »
Le professeur Miguel Olivares-Mendez, qui dirige le LunaLab
Le professeur Miguel Olivares-Mendez, qui dirige le LunaLab, travaille au développement d’algorithmes d’IA pour la navigation autonome dans le cadre de différentes activités de recherche liées à l’espace avec son groupe de recherche SpaceR, qui compte 15 membres. Il s’agit notamment de robotique orbitale, c’est-à-dire d’engins spatiaux ou de satellites capables d’effectuer certaines tâches dans l’espace de manière autonome, semi-autonome ou téléopérée.
La robotique planétaire comprend les atterrisseurs, les rovers et autres systèmes mobiles destinés à explorer les corps célestes et à trouver, identifier, extraire et collecter les ressources spatiales en vue de leur utilisation dans l’espace (ISRU). Les exemples concrets de robotique orbitale comprennent les satellites et les engins spatiaux équipés d’outils robotiques, tels que des bras robotiques ou des systèmes d’amarrage robotisés pour les services en orbite comme le ravitaillement en carburant, la maintenance, la remise en orbite ou la désorbitation, etc. Les deux sont définis comme la robotique spatiale.
Avec le professeur Gilbert Fridgen (PayPal-FNR PEARL Chair), Miguel s’est lancé dans un nouveau projet de recherche spatiale à l’été 2021, dans le cadre duquel les scientifiques développent des robots spatiaux qui suivent une gouvernance donnée (RegTech) et prennent des décisions économiques autonomes (FinTech) pour créer conjointement des systèmes où plusieurs robots collaborent à des tâches. Ce type de collaboration dynamique entre les robots spatiaux pourrait abaisser les barrières du marché dans le secteur spatial et transformer l’ensemble de l’industrie.
Apprendre à un rover lunaire à naviguer seul sur la Lune
Dans le domaine de l’exploration spatiale, le temps est essentiel. Le temps dont dispose un rover lunaire pour remplir sa mission est limité et, idéalement, il ne faut pas perdre de temps – un rover lunaire doit trouver le moyen d’aller de A à B aussi vite que possible.
« Toute autonomie que vous pouvez donner à votre robot augmente la quantité de travaux scientifiques que vous pouvez réaliser pendant la durée de la mission » – Philippe Ludivig
Les scientifiques, tel Philippe, travaillent à la création d’un système de navigation pour un petit rover lunaire : il s’agit de lui apprendre à naviguer sur la surface de la Lune, tout en créant une carte et en se localisant sur cette carte.
« Nous devions apprendre au robot à avoir conscience de lui-même et de son environnement. Cela implique une localisation précise, qui est une estimation de l’endroit où se trouve le robot par rapport à son point de départ. Une fois que le robot comprend sa position, il peut alors déterminer s’il a réussi à se déplacer de A à B », explique Philippe.
« Cependant, ce domaine étudie aussi des formes d’autonomie plus complexes qui impliquent également la détection et l’évitement d’obstacles ainsi que des défis de planification de parcours. Pour les applications sur terre, ce problème de localisation est largement résolu grâce aux systèmes GPS, mais pour les robots spaciaux, la difficulté réside dans l’absence de tels systèmes de localisation externes. Le travail s’est donc concentré sur des systèmes de localisation internes qui peuvent s’intégrer dans de petits robots de surface lunaire. »
Dans le domaine de la recherche, ce processus est connu sous le nom de « SLAM » (Simultaneous Localisation and Mapping). Il permet essentiellement au rover de comprendre son environnement, ce qui est la première étape nécessaire pour prendre des décisions autonomes dans cet environnement.
Dans le système que Philippe a développé, le rover lunaire scanne une zone à la fois, représentée sous la forme d’un nuage de points – une carte en 3D de la surface. Pièce par pièce, le rover crée une carte. L’informaticien a travaillé à la fois avec des rovers lunaires au centre d’essai ispace Moon au Luxembourg et testé ses recherches sur des rovers dans le LunaLab du SnT de l’Université du Luxembourg.
D’ici 2023, ce nouveau système de navigation pourrait être opérationnel et jouer un rôle clé dans l’ambitieux programme d’ispace d’exploration des glaces polaires.
« C’est agréable quand on rentre chez soi le soir, on peut regarder la lune et se dire « c’est là que ma recherche va aller ! »
Philippe Ludivig
Philippe a mené ses recherches dans le cadre d’un projet de collaboration entre le SnT de l’Université du Luxembourg et la société japonaise d’exploration lunaire ispace. Le FNR dispose de programmes de financement spéciaux (Industrial Fellowships et BRIDGES) pour permettre aux chercheurs luxembourgeois de travailler avec des entreprises. Le projet de Philippe était l’une des quatre collaborations financées par le FNR entre ispace et des chercheurs.
Comprendre où se trouve la lumière et où se trouve l’obscurité
Il s’agit d’une carte mettant en évidence la lumière qui frappe le pôle Nord de la Lune. Quel intérêt une telle carte a-t-elle pour les scientifiques travaillant sur les rovers lunaires ?
Avant que l’humanité puisse commencer à planifier l’exploration des ressources lunaires, de bonnes cartes sont une étape essentielle. Les rovers et les instruments qui pourraient explorer la Lune dépendront probablement de l’énergie solaire et des batteries. Des cartes comme celle-ci mettent en évidence les zones qui reçoivent beaucoup de lumière – et celles qui sont sombres.
Trésor dans la dangereuse obscurité
Même dans les endroits proches des pôles qui reçoivent un peu de lumière solaire, il est nécessaire de comprendre quelle quantité de lumière solaire y parvient – personne ne souhaite qu’un rover, qui tire son énergie du soleil, passe trop de temps dans l’obscurité où il ne peut pas recharger ses batteries et pourrait dès lors rester bloqué.
Pourquoi donc ne pas simplement éviter les zones sombres ? Les zones autour des pôles lunaires qui sont soit continuellement éclairées soit sombres sont des endroits idéaux pour l’exploration et l’exploitation des ressources lunaires. Les rovers devront s’aventurer dans les zones sombres, car seuls ces endroits peuvent contenir de l’eau sous forme de glace – essentielle pour tout espoir de maintien de la vie sur la Lune.
