Space systems against emerging space threats : improving resilience thanks to networked autonomous satellites

Un environnement spatial naturel hostile, les systèmes spatiaux de télédétection traditionnels,monolithiques et téléopérés depuis le sol, demeurent vulnérables face à un nombre croissant de menaces émergentes issues de l’environnement spatial artificiel (armes antisatellites,débris). Plutôt que de chercher à protéger physiquement les satellites, nous proposons d’adopter une stratégie fondée sur le concept de résilience, qui traduit la capacité d’un système à poursuivre sa mission face à des aléas imprévisibles, fût-ce en mode dégradé. En nous appuyant sur de récentes innovations dans les technologies spatiales, nous nous sommes intéressés à la conception et à l’évaluation d’architectures système fondées sur la mise en réseau de constellations de microsatellites hétérogènes, autonomes et communicants.Afin d’étudier de telles architectures, appelées réseaux de constellations autonomes (RCA),nous proposons une approche de modélisation ainsi qu’un outil de simulation à base de réseaux de Petri imbriqués. Grâce à des métriques issues des réseaux de télécommunication ainsi que des systèmes multiagents, nous avons évalué les RCA au travers de leurs performances opérationnelles et de leurs capacités de communication, nominales puis dans divers modes dégradés. Du point de vue de la résilience, les résultats présentés mettent en évidence l’intérêt de disposer de réseaux de communication denses et de modules de reconfiguration autonomes embarqués au sein même des satellites.Although Earth observation space systems are designed with strong safety requirements due to an hostile natural space environment, they remain vulnerable to an increasing range of emerging space threats such as antisatellite weapons or orbital debris. Instead of a physical protection of these monolithic and remote-controlled assets, we propose a design strategy based on the concept of resilience which is the ability of a system to maintain an acceptable level of performance in the presence of unforeseeable disturbance.Thanks to the latest space technology innovations, we devised new system architectures composed of networked constellations of heterogeneous and autonomous interacting microsatellites. We decided to model these architectures, called autonomous networked constellations (RCA in French), thanks to Petri nets, and more specifically their nets-within-nets variant. Using telecommunication and multiagent metrics, we assessed different RCA configurations through their operational performance and communicability, for nominal as wellas degraded modes. From the resilience point of view, we present quantitative results that point out the benefits of dense space networks and embedded autonomous reconfiguration modules