La NASA mise sur les jumeaux numériques de Synopsys pour mener à bien son programme Artemis. L’objectif est de simuler la surface lunaire, tester combinaisons spatiales et réseaux de communication, et réduire les risques des futures missions habitées vers la Lune, puis vers Mars.
Le programme Artemis de la NASA continue de s’appuyer sur les technologies de simulation avancée et de jumeaux numériques pour préparer le retour durable de l’Homme sur la Lune. Ce programme est une initiative spatiale américaine lancée en 2017 après plus de cinquante ans d’absence depuis Apollo 17 en 1972. La première mission sans équipage Artemis I a eu lieu en 2022. Début avril, la NASA a réalisé une nouvelle mission, cette fois habitée, autour de la Lune. Artemis III doit permettre un retour d’astronautes sur le sol lunaire à partir de 2027, avec l’objectif à long terme d’établir une présence humaine durable avant de préparer les futures missions vers Mars.
Dans ce cadre, Synopsys collabore avec Electro Magnetic Applications et Cesium afin de reproduire virtuellement les conditions lunaires et anticiper le comportement des équipements critiques avant leur déploiement réel. L’objectif est de réduire les risques opérationnels des futures missions Artemis en validant, dans des environnements numériques haute fidélité, les performances des combinaisons spatiales, des antennes radiofréquences et des systèmes de communication destinés aux astronautes et aux rovers lunaires. Cette approche illustre la montée en puissance des jumeaux numériques dans les programmes spatiaux, où les contraintes physiques, environnementales et économiques rendent les phases de tests particulièrement critiques.
Simuler l’environnement lunaire pour sécuriser les missions
Au Centre spatial Johnson de la NASA, les équipes de Synopsys et d’EMA travaillent notamment sur l’analyse des phénomènes de charge électrostatique susceptibles d’affecter les combinaisons spatiales Artemis lorsqu’elles sont exposées au régolite lunaire et à l’environnement plasmatique de la Lune. Les décharges électrostatiques représentent un risque majeur pour les systèmes électroniques embarqués, notamment ceux liés aux communications et au maintien des fonctions vitales des astronautes. Pour mener ces analyses, les partenaires s’appuient sur les solutions de simulation électromagnétique issues du portefeuille Ansys, désormais intégré au groupe Synopsys. Le logiciel Ansys Charge Plus permet de modéliser en 3D les interactions entre plasma spatial, accumulation de charges et décharges électrostatiques dans des systèmes complexes multicouches. Les simulations sont ensuite confrontées à des essais physiques réalisés dans les installations SERE d’EMA, capables de reproduire certaines conditions du plasma spatial terrestre. «Nous sommes honorés de soutenir le Centre spatial Johnson de la NASA dans ses efforts pour préparer les sorties extravéhiculaires du programme Artemis, indique Justin McKennon, directeur technique d’EMA. En combinant les données issues des essais avec des processus de simulation, nous pouvons aider à identifier les conditions de charge les plus défavorables, à évaluer les empilements de matériaux et à cibler la validation là où cela compte le plus.» La dimension “jumeau numérique” du projet prend également une ampleur stratégique dans le domaine des télécommunications lunaires. Cesium a intégré des données topographiques 3D réalistes de la surface lunaire dans l’environnement d’ingénierie numérique de Synopsys afin de simuler le comportement des signaux radiofréquences dans différents scénarios de mission. Dans ce cas, l’idée est de préparer le futur réseau cellulaire lunaire étudié dans le cadre du programme Lunar 3GPP de la NASA. Grâce aux outils Ansys RF Channel Modeler et HFSS, les équipes peuvent visualiser la couverture réseau, identifier les zones d’ombre liées à la topographie lunaire et optimiser l’implantation des antennes sur les rovers ou les combinaisons spatiales. Une approche qui permet d’anticiper virtuellement des situations qui seraient extrêmement coûteuses, voire impossibles, à reproduire dans des essais réels. «Pour mettre en place un réseau lunaire, il faut d’abord créer une Lune numérique, explique Patrick Cozzi, directeur des plateformes chez Bentley Systems. Le jumeau numérique haute-fidélité de Cesium offre un environnement virtuel permettant de tester le comportement des signaux de communication face à la topographie lunaire complexe, de valider la fiabilité du réseau et de garantir une connectivité essentielle à la mission avant le déploiement du matériel.»
Nouvelle plate-forme de jumeaux numériques
Au-delà du spatial, cette stratégie s’inscrit dans une évolution plus large portée par Synopsys autour des jumeaux numériques électroniques. Quelques semaines avant cette annonce liée au programme Artemis, le groupe avait dévoilé sa nouvelle plateforme Synopsys Electronics Digital Twin (eDT), destinée à accélérer le développement de systèmes physiques pilotés par logiciel et IA. Cette plate-forme ouverte vise à créer, déployer et exploiter des jumeaux numériques électroniques capables de reproduire le comportement complet de systèmes complexes avant même la disponibilité du matériel physique. Initialement pensée pour l’automobile et les véhicules définis par logiciel, elle permettrait d’atteindre jusqu’à 90 % de validation logicielle avant fabrication des composants réels. «Le développement de systèmes intelligents, des véhicules aux usines IA, nécessite une approche fondamentalement différente, souligne Ravi Subramanian, Chief Product Management Officer chez Synopsys. Avec la nouvelle plate-forme eDT, Synopsys transforme l’ingénierie grâce à une base de jumeaux numériques de bout en bout, combinant nos modèles SoC virtuels, nos simulations systèmes à grande échelle et notre vaste écosystème partenaire.» Le rapprochement entre ces deux actualités illustre la stratégie de Synopsys de convergence entre simulation multiphysique, virtualisation électronique et jumeaux numériques afin de sécuriser le développement de systèmes critiques dans des environnements de plus en plus complexes. Une dynamique qui dépasse désormais largement les seuls secteurs industriels traditionnels pour s’étendre aux futurs programmes spatiaux habités.
✍️ Xavier Fodor
