Les jumeaux numériques gagnent du terrain dans les programmes de satellites militaires

Apr 12, 2023

WASHINGTON – Pendant des années, les jumeaux numériques ont été présentés comme la prochaine grande nouveauté de l'industrie spatiale. Alors que la technologie évolue encore, les entreprises de ce secteur constatent une demande croissante d'outils d'ingénierie numérique pour concevoir des réseaux satellitaires complexes.

"Nous sommes enfin à ce point de transition, d'être un mot à la mode et éprouvant beaucoup de cynisme, à quelque chose dont les gens voient un réel besoin", a déclaré Robbie Robertson, co-fondateur et PDG de Sedaro, une startup qui développe l'ingénierie numérique. logiciels axés sur les systèmes spatiaux.

La société, basée à Arlington, en Virginie, a été fondée en 2016. Elle a remporté près de 3 millions de dollars en bourses de recherche pour les petites entreprises du ministère de la Défense et de la NASA, et a également levé du capital-risque.

L'échelle et la complexité des constellations de satellites font des jumeaux numériques une nécessité, a déclaré Robertson. Le problème, en particulier pour les programmes militaires, est qu'on leur a vendu des outils de conception numérique hérités rebaptisés en jumeaux numériques, a-t-il déclaré.

Dans la planification et la conception de grandes constellations de satellites, "lorsque vous connectez le virtuel et le physique, vous pouvez gérer la complexité dans la mesure où les humains ne peuvent pas la gérer", a-t-il déclaré.

Les jumeaux numériques gagnent du terrain dans les programmes de satellites militaires alors que le DoD prévoit la prochaine génération de systèmes spatiaux, a déclaré Robertson.

Le logiciel de Sedaro, a-t-il dit, est utilisé par l'organisation des exigences du Pentagone qui supervise les principales acquisitions de systèmes. Un jumeau numérique d'un réseau de satellites de poursuite de missiles, par exemple, aide les décideurs à ajuster les exigences avant d'acquérir les satellites.

La Force spatiale utilise un jumeau numérique pour planifier une expérience appelée Tetra 5, pour ravitailler les satellites en orbite. "Il s'agit d'un exemple de programme qui nécessite la livraison d'un jumeau numérique avec le système physique", a déclaré Robertson.

Plateforme d'IA pour l'ingénierie numérique

Les programmes spatiaux militaires sont également des clients cibles pour une startup d'ingénierie numérique appelée Istari, soutenue par l'ancien PDG de Google Eric Schmidt et dirigée par l'ancien responsable des achats du Pentagone Will Roper.

Roper, fondateur et PDG d'Istari, a déclaré que le développement d'avions militaires, de satellites et d'autres systèmes pourrait être rendu plus rapide et moins cher si les plates-formes pouvaient être conçues, testées et même certifiées par modélisation et simulation.

Ce n'est pas possible aujourd'hui, a-t-il dit, car les programmes d'approvisionnement militaire reposent sur un méli-mélo de modèles et de simulations de différents entrepreneurs qui ne fonctionnent pas ensemble dans un environnement numérique intégré.

La plate-forme d'IA d'Istari servirait de système d'exploitation commun pour les modèles et les simulations. L'idée est de permettre à n'importe quel modèle de brancher et de jouer, quel que soit son propriétaire.

La Force spatiale pourrait vraiment bénéficier de cette technologie, a déclaré Roper. Un opérateur de satellite, par exemple, s'entraînerait sur le même modèle que celui sur lequel l'ingénieur conçoit. Ce serait un véritable fil numérique, permettant aux ingénieurs de mettre à jour et d'améliorer constamment leurs conceptions avec les données en temps réel des utilisateurs.

Un "vrai" jumeau numérique

Robertson a déclaré que les clients sont souvent submergés par les mots à la mode du marketing et les multiples définitions du jumeau numérique. Il l'explique comme "une représentation virtuelle haute fidélité du système physique qui existe tout au long de son cycle de vie, jusqu'au point où le comportement du système en orbite et de son jumeau sont parfaitement synchronisés".

Sedaro a lancé en avril une version mise à jour de son outil d'ingénierie numérique basé sur le cloud qui, espère-t-il, convaincra les sceptiques que la technologie n'est pas simplement une autre tendance surfaite.

"Beaucoup de gens ont été déçus d'où nous en sommes avec l'ingénierie numérique pour les systèmes spatiaux", a-t-il déclaré. C'est compréhensible, "puisque nous n'avons pas utilisé de logiciel pour permettre une amélioration spectaculaire de la complexité et de la qualité des technologies matérielles".

Pendant des années, les programmes satellites du DoD se sont appuyés sur une combinaison désordonnée de produits logiciels commerciaux internes et vieux de plusieurs décennies pour concevoir leurs propres jumeaux numériques. Ces technologies héritées, a déclaré Robertson, ne peuvent pas être adaptées aux grandes constellations de satellites que l'armée prévoit pour l'avenir, telles que l'architecture en orbite terrestre basse de l'Agence de développement spatial.

Ingénierie numérique pour planifier la constellation

Dans sa dernière sollicitation pour les satellites de communication, l'Agence de développement spatial demande aux entrepreneurs de soumettre des représentations numériques de leurs satellites afin que l'agence puisse construire des modèles. "Ils n'ont pas spécifiquement appelé à des jumeaux numériques", mais ils vont dans cette direction, a déclaré Robertson. "Il y a beaucoup de boutons que vous pouvez activer sur ce que les jumeaux numériques pourraient signifier pour cette organisation particulière."

Pour le DoD, avoir des jumeaux numériques de satellites opérationnels "est vraiment l'application future la plus excitante de cette technologie", a-t-il déclaré.

Traditionnellement, les gens considèrent une simulation d'ingénierie comme un outil de conception "avant d'avoir du matériel, avant d'avoir un système physique", a-t-il ajouté.

"Mais la façon dont les jumeaux numériques seront principalement utilisés est pour les opérations, simulant le système à une très haute fidélité afin que vous puissiez optimiser la façon dont vous l'utilisez, trouver des vulnérabilités d'un point de vue militaire et effectuer une maintenance prédictive, c'est ainsi que les jumeaux numériques sont beaucoup utilisés dans d'autres industries."

Les plates-formes d'ingénierie numérique, pour être viables sur le marché de la défense, doivent être des environnements interopérables, tout comme Internet, de sorte que le DoD ne dépend pas d'un seul fournisseur, a-t-il déclaré. Des organisations comme SDA qui achètent des satellites de différents fabricants ne veulent pas avoir à payer des millions de dollars pour des modèles et des outils logiciels incompatibles.

Au sein de la Force spatiale, il y a une poussée pour introduire les technologies numériques dans tous les aspects de leurs opérations, et cela inclura l'ingénierie numérique, a déclaré Robertson.

Ce que cela signifie réellement au niveau de l'utilisateur n'est toujours pas clair, a-t-il déclaré. "Les dirigeants disent que nous allons être un service numérique, mais ils s'appuient sur des fournisseurs traditionnels d'outils logiciels sur mesure."

Dans le cadre d'un nouveau programme appelé National Space Test and Training Complex, la Force spatiale sollicitera des arguments de l'industrie sur un certain nombre de technologies, y compris l'ingénierie numérique.

"Il y a tous ces écosystèmes et ensembles d'outils d'ingénierie numérique qui se mettent en place, y compris des trucs de jumeaux numériques", a déclaré Robertson. "Mais il n'y a pas de gagnant clair."

Des décisions difficiles nous attendent dans ce domaine, a-t-il déclaré : "Ils ont tous ces efforts redondants et qui se chevauchent. Alors, lequel sera l'écosystème de cloud opérationnel ?"

Le Space Systems Command a annoncé en avril son intention de lancer une "plate-forme d'écosystème d'ingénierie numérique pour aider l'US Space Force et ses partenaires de mission à garder une longueur d'avance sur les menaces".

La plate-forme numérique, qui devrait être achevée en 2025, "aidera à intégrer les efforts d'ingénierie numérique existants dans l'écosystème USSF".

Sandra Erwin écrit sur les programmes spatiaux militaires, la politique, la technologie et l'industrie qui soutient ce secteur. Elle a couvert l'armée, le Pentagone, le Congrès et l'industrie de la défense pendant près de deux décennies en tant que rédactrice en chef du National Defense de la NDIA...