Rendons-nous les engins spatiaux trop autonomes ?

L'intérieur du vaisseau spatial Crew Dragon. Dimitri Gerondidakis / NASA

Quand le Crew Dragon de SpaceX a emmené des astronautes de la NASA vers l'ISS vers la fin mai , le lancement a ramené un spectacle familier. Pour la première fois depuis le retrait de la navette spatiale, des fusées américaines partaient du sol américain pour emmener des Américains dans l'espace.

À l'intérieur du véhicule, cependant, les choses n'auraient pas pu être plus différentes. Fini le vaste tableau de bord de lumières, d'interrupteurs et de boutons qui dominait autrefois l'intérieur de la navette spatiale. Tout cela a été remplacé par une console futuriste composée de plusieurs grands écrans tactiles qui parcourent une variété d'affichages. Derrière ces écrans, le véhicule est géré par un logiciel conçu pour entrer dans l'espace et naviguer vers la station spatiale de manière totalement autonome.

Grandir en tant que pilote, toute ma carrière, avoir une certaine façon de contrôler un véhicule - c'est certainement différent, a déclaré Doug Hurley aux téléspectateurs de la NASA TV peu de temps avant la mission SpaceX. Au lieu d'appeler une main sur le manche de commande, la navigation est maintenant une série d'entrées prédéterminées. Les astronautes de SpaceX peuvent encore être impliqués dans la prise de décision à des moments critiques, mais une grande partie de cette fonction leur a échappé.

Est-ce important? Le logiciel n'a jamais joué un rôle plus critique dans les vols spatiaux. Il l'a rendu plus sûr et plus efficace, permettant à un vaisseau spatial de s'adapter automatiquement aux conditions changeantes. Selon Darrel Raines, un ingénieur de la NASA à la tête du développement logiciel de la capsule spatiale Orion, l'autonomie est particulièrement essentielle pour les domaines où le temps de réponse est critique, comme l'ascension d'une fusée après le décollage, lorsqu'un problème peut nécessiter le lancement d'une séquence d'abandon en un instant. question de secondes. Ou dans les cas où l'équipage pourrait être frappé d'incapacité pour une raison quelconque.

Et une autonomie accrue est pratiquement essentielle pour que certaines formes de vols spatiaux fonctionnent même. Ad Astra est une société basée à Houston qui cherche à rendre viable la technologie de propulsion des fusées à plasma. Le moteur expérimental utilise un plasma composé de gaz argon, qui est chauffé par des ondes électromagnétiques. Un processus de réglage supervisé par le logiciel du système détermine automatiquement les fréquences optimales pour ce chauffage. Le moteur atteint sa pleine puissance en quelques millisecondes. Il n'y a aucun moyen pour un humain de réagir à quelque chose comme ça à temps, déclare le PDG Franklin Chang Díaz, un ancien astronaute qui a participé à plusieurs missions de la navette spatiale de 1986 à 2002. Les algorithmes du système de contrôle sont utilisés pour reconnaître les conditions changeantes dans la fusée. tout au long de la séquence de démarrage et agissez en conséquence. Nous ne serions pas en mesure de bien faire tout cela sans logiciel, dit-il.

Mais le recours excessif aux logiciels et aux systèmes autonomes dans les vols spatiaux crée de nouvelles opportunités de problèmes. C'est particulièrement une préoccupation pour de nombreux nouveaux concurrents de l'industrie spatiale, qui ne sont pas nécessairement habitués au type de tests agressifs et complets nécessaires pour éliminer les problèmes de logiciel et essaient toujours de trouver un bon équilibre entre l'automatisation et le contrôle manuel.

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  La navette spatiale Atlantis avait un tableau de bord plus traditionnel que ses pilotes pouvaient utiliser.

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  La capsule Crew Dragon remplace les boutons et les commutateurs par de grands écrans tactiles.

De nos jours, quelques erreurs dans plus d'un million de lignes de code pourraient faire la différence entre le succès et l'échec d'une mission. Nous l'avons vu à la fin de l'année dernière, lorsque la capsule Starliner de Boeing (l'autre véhicule sur lequel la NASA compte pour envoyer des astronautes américains dans l'espace) n'a pas réussi à se rendre à l'ISS en raison d'un problème dans sa minuterie interne . Un pilote humain aurait pu surmonter le problème qui a fini par brûler prématurément les propulseurs de Starliner. L'administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, a fait remarquer peu de temps après que les problèmes de Starliner soient survenus : si nous avions eu un astronaute à bord, nous pourrions très bien être à la Station spatiale internationale en ce moment.

Mais il a été révélé plus tard que beaucoup d'autres erreurs dans le logiciel n'avaient pas été détectées avant le lancement, dont une qui aurait pu entraîner la destruction de l'engin spatial. Et c'était quelque chose que les membres humains de l'équipage auraient facilement pu ignorer.

Boeing n'est certainement pas étranger à la construction et au test de technologies de vol spatial, il a donc été une surprise de voir l'entreprise ne pas résoudre ces problèmes avant le vol d'essai de Starliner. Les défauts logiciels, en particulier dans le code complexe des engins spatiaux, ne sont pas inattendus, La NASA a dit lorsque le deuxième problème a été rendu public. Cependant, il y a eu de nombreux cas où les processus de qualité des logiciels de Boeing auraient dû ou auraient pu découvrir les défauts. Boeing a refusé une demande de commentaire.

Selon Luke Schreier, vice-président et directeur général de l'aérospatiale chez NI (anciennement National Instruments), les problèmes logiciels sont inévitables, que ce soit dans les véhicules autonomes ou dans les engins spatiaux. C'est la vie, dit-il. La seule véritable solution consiste à effectuer des tests agressifs à l'avance pour trouver ces problèmes et les résoudre : vous devez disposer d'un programme de test logiciel très rigoureux pour trouver les erreurs qui seront inévitablement présentes.

Enter AI

L'espace, cependant, est un environnement unique à tester. Les conditions auxquelles un vaisseau spatial sera confronté ne sont pas faciles à imiter au sol. Alors qu'un véhicule autonome peut être sorti du simulateur et facilité dans des conditions réelles plus légères pour affiner le logiciel petit à petit, vous ne pouvez pas vraiment faire la même chose pour un lanceur. Le lancement, le vol spatial et un retour sur Terre sont des actions qui se produisent ou non - il n'y a pas de version allégée.

C'est, selon Schreier, pourquoi l'IA est si importante dans les vols spatiaux de nos jours - vous pouvez développer un système autonome capable d'anticiper ces conditions, plutôt que d'exiger que les conditions soient apprises lors d'une simulation spécifique. Vous ne pourriez pas simuler par vous-même tous les cas d'angle du nouveau matériel que vous concevez, dit-il.

Ainsi, pour certains groupes, tester un logiciel ne consiste pas seulement à trouver et à corriger des erreurs dans le code ; c'est aussi un moyen de former des logiciels pilotés par l'IA. Prenez Virgin Orbit, par exemple, qui a récemment tenté d'envoyer son véhicule LauncherOne dans l'espace pour la première fois. La société a travaillé avec NI pour développer un banc d'essai qui reliait tous les capteurs et l'avionique du véhicule avec le logiciel destiné à exécuter une mission en orbite (jusqu'à la longueur exacte du câblage utilisé dans le véhicule). Au moment où LauncherOne était prêt à voler, il croyait qu'il avait déjà été dans l'espace des milliers de fois grâce aux tests, et il avait déjà fait face à de nombreux types de scénarios différents.

Bien sûr, le premier vol d'essai du LauncherOne s'est terminé en échec , pour des raisons qui n'ont toujours pas été révélées. Si cela était dû à des limitations logicielles, la tentative est un autre signe qu'il y a une limite à la capacité d'une IA à être entraînée pour faire face aux conditions du monde réel.

Raines ajoute que contrairement à l'approche plus lente que la NASA adopte pour les tests, les entreprises privées sont capables d'agir beaucoup plus rapidement. Pour certains, comme SpaceX, cela fonctionne bien. Pour d'autres, comme Boeing, cela peut entraîner des ratés surprenants.

En fin de compte, la pire chose que vous puissiez faire est de créer quelque chose d'entièrement manuel ou d'entièrement autonome, déclare Nathan Uitenbroek, un autre ingénieur de la NASA travaillant sur le développement logiciel d'Orion. Les humains doivent être en mesure d'intervenir si le logiciel se bloque ou si la mémoire de l'ordinateur est détruite par un événement imprévu (comme une explosion de rayons cosmiques). Mais ils comptent également sur le logiciel pour les informer lorsque d'autres problèmes surviennent.

La NASA a l'habitude de trouver cet équilibre, et elle a intégré la redondance dans ses véhicules avec équipage. La navette spatiale fonctionnait sur plusieurs ordinateurs utilisant le même logiciel, et si l'un avait un problème, les autres pouvaient prendre le relais. Un ordinateur séparé fonctionnait sur un logiciel entièrement différent, de sorte qu'il pouvait prendre en charge l'ensemble du vaisseau spatial si un problème systémique affectait les autres. Raines et Uitenbroek disent que la même redondance est utilisée sur Orion, qui comprend également une couche de fonction automatique qui contourne entièrement le logiciel pour des fonctions critiques comme le largage du parachute.

Sur le Crew Dragon, il existe des cas où les astronautes peuvent lancer manuellement des séquences d'abandon et où ils peuvent remplacer le logiciel sur la base de nouvelles entrées. Mais la conception de ces véhicules signifie qu'il est maintenant plus difficile pour l'homme d'en prendre le contrôle total. La console à écran tactile est toujours liée au logiciel du vaisseau spatial, et vous ne pouvez pas simplement la contourner complètement lorsque vous souhaitez prendre le contrôle du vaisseau spatial, même en cas d'urgence.

Il n'y a pas de consensus sur la mesure dans laquelle le rôle de l'homme dans les vols spatiaux va ou devrait diminuer. Uitenbroek pense qu'essayer de développer un logiciel capable de tenir compte de toutes les éventualités possibles est tout simplement impossible, surtout lorsque vous avez des délais à respecter.

Chang Díaz n'est pas d'accord, affirmant que le monde évolue vers un point où l'humain finira par être retiré de l'équation.

L'approche qui l'emportera peut dépendre du niveau de succès obtenu par les différentes parties qui envoient des personnes dans l'espace. La NASA n'a pas l'intention de retirer les humains de l'équation, mais si les entreprises commerciales trouvent qu'elles ont plus de facilité à minimiser le rôle du pilote humain et à laisser l'IA prendre en charge, les écrans tactiles et le vol sans pilote vers l'ISS ne sont qu'un avant-goût de ce qui est à viens.

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