La NASA développe des systèmes autonomes avancés pour ses missions spatiales profondes. Une nouvelle approche intègre la gestion des pannes et l’ingénierie des systèmes basée sur des modèles. Cette méthode, validée avec la mission HelioSwarm, vise à renforcer la résilience des opérations sans intervention humaine directe.
La NASA développe activement des capacités d’autonomie renforcée pour ses futures missions spatiales lointaines. Une approche novatrice intègre désormais la gestion des pannes (FM) avec l’ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE). Cette synergie, validée par les données de conception préliminaires de la mission HelioSwarm, vise à assurer la résilience des systèmes et l’opérationnalité sans intervention humaine directe.
Le besoin croissant d’autonomie pour l’exploration
L’ambition de la NASA, portée par le programme Artemis et les futures missions scientifiques interplanétaires, exige une autonomie accrue des systèmes spatiaux. Les opérations en milieu hostile ou à des distances considérables ne permettent pas toujours une intervention humaine rapide. Les systèmes embarqués doivent donc être capables de détecter les défaillances et de les compenser de manière autonome, garantissant la poursuite des objectifs de la mission malgré les imprévus.
Cette exigence impose une refonte de la conception des systèmes. La résilience et la tolérance aux pannes deviennent des priorités technologiques clés pour repousser les limites de l’exploration spatiale.
Intégration de la gestion des pannes et de l’ingénierie système
Concevoir des missions autonomes implique une approche pluridisciplinaire. L’intégration de la gestion des pannes (FM) et de l’ingénierie des systèmes basée sur des modèles (MBSE) est essentielle pour architecturer, modéliser et intégrer des systèmes résilients et tolérants aux pannes dès la phase de conception. Historiquement, la gestion des pannes était souvent considérée comme une phase postérieure, visant à corriger des problèmes sur un système nominal déjà défini.
Le processus d’ingénierie des systèmes (SE) coordonne et intègre les éléments d’un système pour atteindre les objectifs d’une mission. La NASA utilise fréquemment une approche basée sur des modèles pour son SE, avec le langage de modélisation SysML comme cadre. Connecter la gestion de la santé du système (SHM) et la FM à ce processus SE dès le début est une étape structurante.
Validation par la mission HelioSwarm et Qualtech Systems Inc.
Pour répondre à ce besoin, la NASA a attribué un contrat Small Business Innovation Research (SBIR) de Phase II à Qualtech Systems Inc. (QSI). L’objectif était de développer et d’améliorer les capacités de FM de leur suite logicielle TEAMS®. Cet outil est issu d’un précédent travail SBIR sponsorisé par l’agence spatiale elle-même.
L’approche de QSI a démontré la génération de l’analyse des modes de défaillance et de leurs effets (FMEA) et des arbres de défaillance. Ces analyses ont été réalisées en utilisant les informations de conception préliminaires de la mission HelioSwarm de la NASA, prouvant l’efficacité de cette intégration précoce des méthodologies.
Vers une approche holistique de la résilience
Une des tâches principales de cet effort consistait à lier directement la gestion de la santé du système (SHM) et la gestion des pannes (FM) au processus d’ingénierie des systèmes (SE). L’ensemble SHM/FM comprend un ensemble de mécanismes garantissant l’atteinte des objectifs de la mission, soit en prévenant les défaillances, soit en les détectant et les atténuant lorsqu’elles surviennent.
L’intégration tardive des pratiques SHM/FM conduit souvent à des solutions « pansement », sans que les problèmes potentiels n’aient été réellement anticipés. De plus, les silos de connaissances entre experts de l’ingénierie système et de la gestion des pannes peuvent produire des méthodologies et des analyses incohérentes. La nouvelle approche vise à éliminer ces lacunes et à optimiser la conception dès les premières étapes.
Perspectives pour les missions du futur
L’intégration précoce de la gestion des pannes dans l’ingénierie des systèmes par modèles marque un tournant pour la fiabilité des missions spatiales. En anticipant et en modélisant les scénarios de défaillance dès la conception, la NASA peut construire des engins spatiaux intrinsèquement plus robustes et autonomes. Cette avancée réduit la dépendance aux interventions humaines, diminue les risques opérationnels et ouvre la voie à des explorations plus audacieuses et lointaines. La résilience devient un pilier fondamental de l’architecture spatiale, essentielle pour les ambitions futures de l’agence.