Le 18 décembre 2019, 5 satellites, logés sous la coiffe du lanceur Soyouz VS23, étaient lancés avec succès par Arianespace. Il s’agit d’un lancement qui a particulièrement compté pour Thales Alenia Space, un de ceux que l’on n’oublie pas. Les 2 grandes « stars » du lancement étaient incontestablement le premier satellite d’observation radar COSMO-SkyMED de seconde génération, construit par Thales Alenia Space pour le compte de l’ASI et du ministère de la défense italien, ainsi que CHEOPS, célèbre mission scientifique, fruit d’un partenariat entre l’ESA et la Suisse, au service de la caractérisation des exoplanètes. Autres co-passagers lancés le même jour : un nanosatellite, ANGELS, entièrement développé par l’industrie française et ouvrant la voie à l’Internet des objets, ainsi que 2 cubesats, OPS-SAT et EyeSat. Concernant la mission ANGELS du CNES sous maîtrise d’œuvre Hemeria, la réalisation de l’instrument de collecte de données miniaturisé Argos Neo avait été développée sous responsabilité de Thales Alenia Space avec Syrlinks comme partenaire principal. Mais l’objet de l’article d’aujourd’hui va porter sur une démonstration technologique qui s’est déroulée avec succès à bord d’un autre satellite : OPS-SAT.

A propos d’OPS-SAT

OPS-SAT est un démonstrateur technologique de l’agence spatiale européenne dont l’objectif est de démontrer les améliorations de capacités de missions qui verront le jour lorsque les satellites seront équipés de calculateurs embarqués aussi puissants que ceux qui existent aujourd’hui sur Terre. Véritable « laboratoire volant », ce cubesat permet de tester et valider de nouvelles techniques liées au contrôle de mission et aux systèmes embarqués.

Il est très rare d’avoir l’opportunité d’évaluer ces nouvelles techniques en orbite. Une fois un satellite lancé, il n’y a plus de service après-vente possible, et personne ne veut prendre le moindre risque avec un satellite traditionnel. OPS-SAT, lui, a été justement conçu comme un satellite peu coûteux mais suffisamment robuste pour pouvoir palier aux éventuels dysfonctionnements liés aux tests. Les équipes de l’ESA ont utilisé ce satellite afin de télécharger et tester de nouveaux logiciels en rupture technologique, soumis par des expérimentateurs, chose qui n’aurait pas été possible avec un satellite traditionnel.

OPS-SAT ne fait que 30 cm de haut. Il est cependant doté d’un ordinateur expérimental dix fois plus puissant que n'importe quel satellite actuel de l'ESA. Le programme a été conduit sous la maîtrise d’œuvre de l’Université de technologie de Graz, en Autriche, en coopération avec des partenaires européens.

De l’intelligence artificielle embarquée à bord du satellite OPS-SAT

Thales Alenia Space, associé à ses partenaires au sein de l’IRT Saint-Exupéry, a coordonné et financé le projet « Chaîne Image Autonome et Réactive » (CIAR). Ce projet vise à étudier des technologies permettant de déployer de l’Intelligence Artificielle pour le traitement de l’image sur des systèmes embarqués (robots, satellites, drones…).

A l’issue d’un appel à candidatures, le projet a été retenu pour réaliser des démonstrations en orbite dans le cadre de la mission OPS-SAT. Dans le courant de l’année 2021, le consortium CIAR a réussi, en coopération avec l’ESA, à télécharger un réseau de neurones sur du matériel FPGA* (circuit intégré logique pouvant être programmé à distance) embarqué dans ce satellite. Un tel déploiement de réseau de neurones sur ce type de matériel en orbite n’avait jamais été effectué auparavant. Il s’agit d’une première spatiale !

L’IA à bord d’OPS-SAT : un cas concret d’application

OPS-SAT est doté d’un calculateur de bord ainsi que d’une petite caméra d’une résolution de 50 mètres. Tous les cas d’utilisations de l’IA ne sont pas envisageables à cette résolution. L’un des services identifiés par l’équipe CIAR est celui de la détection de nuages dans les images. En effet, les pixels recouverts par des nuages sont des pixels inexploitables pour, par exemple, dresser des cartes ou suivre l’évolution d’un théâtre d’opération. En identifiant les pixels nuageux avec un bon niveau de fiabilité, il est tout à fait envisageable de les supprimer à la source afin de préserver la mémoire et la bande passante du satellite. C’est ce qui a pu être testé sur OPS-SAT.

L’IA : vers de nouvelles applications en perspectives

L’Intelligence Artificielle embarquée à bord de satellites est la porte d’entrée vers un champ d’applications exceptionnel. En matière de surveillance de l’environnement, cette nouvelle technologie permet de lever des alertes en temps réel en cas de départs de feux, de pollutions marines, et bien plus encore. Dans le domaine de la défense, elle peut également être utilisée pour localiser en quelques secondes des objets d’intérêt répartis sur un vaste théâtre d’opération.

Notre société est un partenaire majeur de Copernicus et à bord de 11 des 12 missions de ce programme de la Commission Européenne. Si l’on prend l’exemple de la mission CHIME, sous maitrise d’œuvre Thales Alenia Space, l’ESA envisage de nombreuses applications basées sur l’Intelligence Artificielle embarquée : détection des feux de forêts, prévention des risques d’éruptions volcaniques ou d’inondations, surveillance de la qualité des eaux, des sols et de la végétation, propagation du méthane et des gaz à effet de serre…

Dans un futur proche, aussi bien pour les segments sols que spatiaux, l’on va assister à une montée en puissance de l’utilisation de technologies à base d’Intelligence Artificielle. Thales Alenia Space s’associe à l’IRT Saint Exupéry, ainsi qu’aux partenaires du consortium CIAR, pour se féliciter de ce jalon qui va révolutionner la donne dans le secteur spatial en élargissant considérablement le spectre de nouvelles fonctionnalités embarquées sur les satellites.

*FPGA : Field Programmable Gate Array

Notre expérimentation d’Intelligence Artificielle à bord d’OPS-SAT a été présentée au European Workshop on On-Board Data Processing (OBDP 2021) organisé par l'ESA, le CNES et le DLR. Retrouvez le détail de nos résultats techniques en ligne.

Pour plus d’info sur le CIAR, vous pouvez contacter le chef de projet Adrien GIRARD à l’adresse suivante : adrien.girard@thalesaleniaspace.com

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