Trois petits rovers de la NASA se poseront sur la face de la Lune tournée vers la Terre avec une seule consigne : se débrouiller entre eux pour explorer une zone de terrain. La mission Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration, connue sous l'acronyme CADRE, vise à éprouver des rovers lunaires autonomes travaillant en équipe. Son lancement est prévu à bord de la mission IM-3 de la NASA, fin 2026.
Ce que feront les rovers CADRE
Les trois rovers passeront environ deux semaines à cartographier le terrain en tant que groupe autonome. Aucun opérateur ne les pilotera au joystick, et aucun humain ne validera chaque virage. Les rovers éliront un chef parmi eux et se répartiront eux-mêmes les tâches. Lorsque l'un d'eux verra sa charge baisser, ils redéfiniront leurs plans collectivement.
Si la mission réussit, ce sera la première fois que la NASA fait fonctionner plusieurs rovers au-delà de la Terre comme un seul système autonome.
Lors des essais au sol au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, à Pasadena, en Californie, les rovers ont démontré cette coordination. Face à des obstacles imprévus, ils ont replanifié leurs trajets en groupe. Lorsque la batterie de l'un d'eux s'est affaiblie, toute l'équipe a marqué une pause afin que les trois puissent poursuivre ensemble.
Pourquoi le pôle Sud lunaire met en échec le pilotage à distance
La NASA étudie de futures missions vers le pôle Sud lunaire, où de la glace d'eau se trouve dans des cratères qui n'ont pas vu la lumière du Soleil depuis des milliards d'années. Si cette glace peut être séparée chimiquement en ergols et en air respirable, elle pourrait alimenter des dépôts de carburant et des systèmes de support vie produits sur la Lune. Aujourd'hui, la seule demande pour cette glace provient de contrats gouvernementaux, et une opération qui doit être supervisée depuis 384 000 kilomètres (239 000 miles) ne deviendra pas facilement un marché.
Le terrain lui-même perturbe les communications. Les commandes parviennent à un rover via des satellites relais, et les rebords des cratères peuvent bloquer la ligne de visée vers ces relais. Un rover qui s'enfonce dans un cratère plongé dans l'ombre peut perdre le contact pendant tout son trajet.
La perte de contact coûte aussi de l'énergie. Un rover polaire ne recharge sa batterie que lorsque le Soleil est levé. La nuit dure environ deux semaines terrestres, et aux pôles, seules quelques crêtes restent éclairées pendant de longues périodes. Un rover immobile qui attend des instructions consomme de l'énergie stockée qu'il ne pourra pas reconstituer avant le retour de la lumière.
D'autres conditions aggravent la difficulté. L'éclairage peut passer d'un éblouissement direct à l'ombre totale lorsqu'un rover descend depuis un rebord éclairé : une caméra efficace en haut peut devenir aveugle en bas. La Lune n'a pas de GPS, si bien que les rovers doivent construire leurs propres cartes à partir des données de leurs caméras et capteurs. Dans les régions en ombre permanente, les températures descendent sous −170 °C (−274 °F).
La poussière lunaire constitue un autre danger. Une charge électrique la soulève du sol, et des milliards d'années d'impacts de micrométéorites ont rendu chaque grain acéré et dentelé. Elle ronge les roulements des roues, s'infiltre au-delà des joints et peut voiler les objectifs des caméras dont dépend la navigation. Empêcher la poussière de pénétrer dans les pièces mobiles reste un problème non résolu.
Pourquoi une équipe vaut mieux qu'un rover isolé
Un rover seul envoyé dans un cratère représente une mission à haut risque. S'il s'enlise, la campagne s'arrête, et si ses instruments tombent en panne, aucune seconde machine ne peut effectuer les mesures. Une équipe multirobot répartit ce risque et partage le travail. Un rover peut embarquer les capteurs et un autre la foreuse, tandis qu'un atterrisseur posé sur une crête ensoleillée sert de centre d'énergie et de communications.
Pendant une coupure de liaison, une équipe qui dépend de la Terre pour ses commandes doit s'arrêter. Une équipe autonome réattribue les tâches entre ses membres et choisit le prochain objectif qu'elle peut atteindre et mener à bien avec l'énergie qui lui reste. Un temps qui aurait été perdu devient du temps de travail.
Ce qui reste à démontrer, et ce que CADRE peut prouver
Une campagne au pôle Sud devrait durer des mois. Aucune équipe de robots n'a encore travaillé aussi intensément, aussi longtemps, aussi loin de tout secours. Les ingénieurs développent des moyens permettant aux rovers de naviguer sans positionnement par satellite et de prendre des décisions à bord, mais ces logiciels n'ont pas encore été testés à la surface.
La mission chinoise Chang'e-7 attendait sur le site de lancement de Wenchang, sur l'île de Hainan, à la mi-août 2026, avec un décollage prévu avant la fin de l'année. Son atterrisseur, son rover et sa sonde sauteuse sont censés travailler en équipe au pôle, et la sonde est conçue pour bondir dans des cratères en ombre permanente.
L'analyse qui suit est notre propre lecture de ces éléments. CADRE teste un problème plus restreint que celui auquel est confronté le programme polaire. La mission se pose sur la face visible, et non au pôle, et dure environ deux semaines, et non des mois. Elle met en œuvre trois machines de même vocation, et non une flotte hétérogène. Un résultat concluant montrerait que la prise de décision collective fonctionne à la surface lunaire. Il ne démontrerait pas que cette approche résiste à des mois de poussière, de froid et de coupures répétées.
Les essais au sol au JPL constituent pour l'instant la seule preuve que les comportements d'équipe fonctionnent, et ils portaient sur la replanification des trajets et la pause collective en cas de batterie faible. Les performances en surface seront la première mesure permettant de savoir si ces comportements tiennent face à l'éclairage lunaire réel et aux trous de communication.
Une question de normalisation reste également ouverte. Il n'existe aucune méthode convenue pour qu'un rover conçu par une entreprise confie une tâche à un outil fabriqué par une autre, ou pour décider quelle machine travaille en premier sur le fond d'un cratère. Les trois rovers de CADRE contournent ce problème puisqu'ils partagent la même conception. Une économie lunaire fondée sur la glace impliquerait probablement plusieurs constructeurs : il faudra donc fixer les règles de coordination, et pas seulement le logiciel embarqué dans chaque robot.
CADRE montrera si trois petits rovers peuvent raisonner ensemble sur la Lune. Reste la question de savoir si une douzaine de machines de constructeurs différents peuvent en faire autant, de façon fiable, pendant des années.