Le premier doctorat industriel de GTD

Alejandro Sabán (Barcelone, 1996) est ingénieur systèmes et logiciels aérospatiaux chez GTD et a mené à bien le premier doctorat industriel de l'entreprise, consacré aux systèmes de sauvegarde vol autonomes (AFSS) dans le cadre du projet européen SALTO. Ses travaux, disponibles sur TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) et publiés dans Acta Astronautica, abordent l'un des plus grands défis du New Space : comment garantir la sauvegarde vol des lanceurs réutilisables avec une cadence élevée et des coûts opérationnels réduits.

Le chemin vers un doctorat industriel

Les doctorats industriels permettent aux chercheurs d'associer travail académique et applications concrètes. Alejandro explique comment il a structuré son doctorat chez GTD au bénéfice à la fois de sa recherche et des opérations de l'entreprise.

Comment est née l'idée de faire un doctorat industriel chez GTD ?

Alejandro : Au cours de mon parcours universitaire, j'ai trouvé la recherche réellement passionnante et j'ai développé un intérêt de longue date pour un doctorat. J'ai commencé chez GTD comme stagiaire de master et, une fois mon master terminé, j'ai rejoint les effectifs. En y travaillant, j'ai constaté que l'entreprise pouvait offrir la possibilité de faire un doctorat grâce aux projets de R&D qu'elle mène dans le cadre de différents programmes européens comme Horizon Europe.

J'ai découvert qu'il existait une modalité partielle : on n'est pas dédié à 100 % à la thèse de doctorat, mais à cinquante pour cent, et les cinquante autres pour cent, on peut les consacrer à d'autres projets de l'entreprise. Le doctorat était lié au projet SALTO, qui est devenu l'axe de recherche. C'est ce que j'ai fait. J'ai travaillé sur SALTO, mais en parallèle j'ai été à Andøya, à Esrange, et sur des appels d'offres.

De cette manière, GTD ne perdait pas le contrôle de mes activités. Le seul à recevoir un financement était le doctorant, pour les frais de scolarité et la mobilité. Ni l'université ni l'entreprise ne recevaient d'argent. C'est davantage un arrangement stratégique. Je voulais faire le doctorat au sein de l'entreprise sans nuire aux opérations, et au final, cette formule a convenu à tout le monde. J'ai pu continuer à contribuer à tous les projets tout en menant ma recherche.

Recherche en entreprise, validation à l'université

Quel a été le rôle de GTD dans tout cela ?

Alejandro : Le rôle de GTD était comme celui de n'importe quel projet Horizon Europe. Le projet s'inscrit dans SALTO, qui est une collaboration entre des entreprises et des institutions. Nous étions dans le lot de travaux 11.6. Mon travail portait sur toute la partie gestion technique du projet : prendre toutes les décisions techniques, la proposition de système, la mise en œuvre. Pour eux, c'est un projet de plus. C'est comme SAMMBA, ENVOL, comme tous ces projets.

Et l'université ?

Alejandro : Pour l'essentiel, la recherche a été menée chez GTD. L'université apportait un retour à un niveau plus académique, sur la manière de rédiger la thèse. Et ensuite, quelques contacts que nous avions pour les sujets d'IA, afin de voir quelles fonctions d'IA nous pourrions intégrer, mais au final nous n'en avons intégré aucune en raison de problèmes de certification.

Visibilité et opportunités : au-delà de la recherche

Quelle valeur ce projet apporte-t-il selon vous à GTD ?

Alejandro : Ce qu'il a permis, c'est de rendre visible le travail réalisé et même d'attirer l'attention d'une personne de l'ESA et d'un ancien de l'ESA aujourd'hui à TU Delft pour faire partie du jury de thèse. Et à l'instant, celui de l'ESA nous a dit qu'un appel d'offres (ITT) allait paraître, qui pourrait nous intéresser.

Un projet dérivé pourrait voir le jour. Cela a été un moyen de rendre visible ce que nous faisons : « Écoutez, nous faisons ceci, nous travaillons sur cela. »

« Quand vous allez à une conférence comme l'IAC, toutes les grandes entreprises du secteur sont là. Si vous rendez visible le travail réalisé, les autres acteurs voient ce que vous faites et se disent : "Ah, GTD fait ça." Ce qui est quelque chose qui nous manque chez GTD. »

Alejandro : L'autre jour, les autres entreprises nous ont dit : « Sur votre site web, on ne voit pas tous les projets que vous menez, mais d'après ce que vous nous dites, vous faites beaucoup de choses que nous ignorions, et nous ne connaissions pas vos capacités dans certains domaines. » C'est donc aussi une autre façon de faire connaître le travail réalisé dans l'entreprise. Et les capacités qu'elle possède.

Les publications dans des revues et des conférences rendent visible le travail que vous faites. C'est assez important au sein de la communauté car, lorsque vous allez à une conférence, en particulier des conférences comme l'IAC, toutes les grandes entreprises du secteur sont là. Donc, si vous rendez visible le travail réalisé, vous avez la possibilité que d'autres acteurs voient le travail que vous faites et se disent : « Waouh, il faut que je fasse ça. » Et ils pensent alors : « Ah, GTD fait ça. »

Le défi technique : pourquoi avons-nous besoin d'une sauvegarde vol autonome ?

Pourquoi ce système est-il important pour l'industrie ?

Alejandro : Ce type de système, la sauvegarde vol, est nécessaire pour toute mission. Jusqu'à présent, c'est quelque chose d'additionnel, où une personne au sol surveille et appuie sur un bouton.

Jusqu'à présent, cela fonctionnait très bien car nous avions des véhicules consommables. Nous avions des besoins qui, avec un opérateur au sol et les systèmes sol dont vous disposez, sont bien couverts.

Que se passe-t-il lorsque vous passez à l'échelle avec une cadence plus fréquente et que vous voulez réduire les coûts opérationnels, ce qui est l'une des exigences de l'industrie ? Là, vous commencez à rencontrer des problèmes : si vous augmentez la cadence, entre les campagnes vous avez besoin d'une période de configuration de tous les systèmes sol et de formation des opérateurs. Vous avez là un goulot d'étranglement au niveau des systèmes.

Ensuite, au niveau du coût opérationnel, vous avez un coût élevé lié à toute l'infrastructure sol dont vous disposez. Vous avez des radars répartis partout. Vous avez des stations de télémesure réparties, et de télécommande. Vous devez avoir une ligne de vue directe avec le lanceur pour pouvoir suivre la mission pour des raisons de sécurité.

Au point que même le nombre d'orbites utilisables depuis un spatioport peut être réduit simplement parce que vous ne disposez pas de l'infrastructure sol. Si vous êtes en Guyane française, vous pouvez lancer vers n'importe quel azimut, vous pouvez lancer dans n'importe quelle plage d'orbites, en théorie. Mais lorsqu'ils ont commencé les opérations vers le nord, ils ont dû installer un nouveau radar. C'était un facteur limitant à l'époque. Un coût de développement pour installer le nouveau radar et disposer de plus d'infrastructure, ce qui augmentait les coûts opérationnels. Donc, si vous voulez réduire les coûts, vous devez essayer de réduire l'infrastructure, la dépendance à l'infrastructure sol.

« Vous avez des radars répartis partout, des stations de télémesure, de télécommande... Tout cela augmente les coûts opérationnels. Si vous voulez réduire les coûts, vous devez réduire la dépendance à l'infrastructure sol. »

Trois défis clés des systèmes actuels :

1. Coût opérationnel élevé : infrastructure sol coûteuse (radars, stations de télémesure et de télécommande réparties)
2. Flexibilité limitée : de nouveaux radars sont nécessaires pour couvrir de nouvelles orbites
3. Incompatibilité avec les réutilisables : les systèmes ne peuvent pas neutraliser plusieurs étages simultanément (un ascendant, un descendant)

Alejandro : Avec les réutilisables, les systèmes actuels n'ont pas été conçus pour pouvoir neutraliser plusieurs étages. Nous avons un étage qui entre vers la Terre, soit vers le spatioport, soit vers une plateforme flottante en mer, comme le fait SpaceX, et vous avez un étage qui est en ascension. Vous devez neutraliser l'un ou l'autre des deux éléments au cas où il présenterait un danger pour la sécurité. Il y a donc aussi ce besoin pour les opérations réutilisables.

D'où la nécessité d'avoir un système autonome, indépendant de tout système externe — avec les propres sous-systèmes du lanceur, vous êtes en mesure de garantir la sauvegarde vol. De cette manière, vous n'avez plus d'infrastructure sol. Et vous augmentez la flexibilité orbitale. Coût réduit et flexibilité.

Et si vous avez deux étages, vous intégrez un de ces systèmes dans chacun des étages et, au moment où ils se séparent, ils se comportent comme deux véhicules indépendants. Chaque système surveille chaque véhicule, chaque étage. Voilà le besoin pour ce type de système.

La solution : une validation incrémentale

Alejandro : Au sein du projet, nous avons proposé une stratégie de validation incrémentale. D'abord tout valider au sol, dans un système sol, où toutes les données du lanceur sont reçues — principalement ce qui provient de la navigation à bord du lanceur — effectuer tout le traitement des données, tout le calcul de l'algorithme, et prendre la décision qui, étant au sol, doit être envoyée au système de télécommande.

Au niveau de l'infrastructure, il n'y a pas de réduction, mais ce que cela permet, c'est d'automatiser toutes les décisions, d'éliminer le besoin d'opérateurs, et de rendre le système capable de répondre plus rapidement, puisque vous n'avez pas de latence due aux opérateurs, aux écrans, etc.

« L'avenir ne passe pas par cette approche, il passe par l'embarquer, comme le fait déjà SpaceX. Mais nous ne pouvons pas sauter directement à une version embarquée, car c'est un risque. »

Le plan :

• Phase 1 (au sol) : valider l'architecture, les algorithmes et la prise de décision automatisée au sol → automatiser les décisions, réduire la latence, éliminer les opérateurs (pas encore de réduction d'infrastructure)
• Phase 2 (embarquée) : intégrer le système dans des équipements qualifiés pour l'espace → augmenter le TRL, éliminer la dépendance à l'infrastructure sol

Alejandro : D'abord, nous avons décidé de le valider au sol, ce que nous avons proposé dans le projet, afin que, plus tard, une fois que toute l'architecture, les algorithmes et le reste seront validés, on puisse l'embarquer dans des équipements déjà qualifiés pour l'espace. Ensuite, augmenter le niveau de maturité du lanceur ou de l'équipement et pouvoir l'embarquer directement.

Transfert université-entreprise : une valeur bidirectionnelle

Alejandro : Lorsque vous faites un doctorat entre l'université et l'entreprise, il y a un transfert de connaissances depuis l'université, depuis toute la recherche de pointe qu'elle mène.

La réalité, c'est que les universités mènent la recherche la plus avancée, en grande partie soutenue par des fonds européens. Les entreprises font aussi de la recherche importante, mais généralement centrée sur des applications très spécifiques dans leur domaine d'intérêt. Les universités travaillent sur un spectre plus large : « Nous étudions ces algorithmes d'IA... », tandis qu'une entreprise pourrait dire : « Nous devons implémenter de l'IA pour la détection de défaillances. »

Cela crée une opportunité d'établir un dialogue avec les universités : « Qu'avez-vous étudié ? Qu'est-ce qui, selon vous, pourrait servir notre application ? » Lorsqu'il y a une synergie et une collaboration entre l'université et l'entreprise, cela devient très précieux. C'est pourquoi les doctorats industriels jouent un rôle si essentiel pour combler cet écart.

Un modèle reproductible

Ce projet s'inscrit dans le Programme de doctorats industriels de Catalogne.

Le modèle d'Alejandro — dévouement partiel, flexibilité pour travailler sur plusieurs projets — peut constituer une formule reproductible pour les futurs doctorats industriels de l'entreprise.

« Cela va au-delà du démonstrateur que nous avons réalisé. C'est une question de visualisation, faire connaître ce que fait GTD. Et cela ouvre des portes. »

Avec la thèse soutenue et disponible publiquement sur TDX, des publications internationales et des contacts clés à l'ESA et à TU Delft, Alejandro a tracé une voie que d'autres ingénieurs de GTD peuvent suivre. Ses travaux sur l'AFSS ne font pas qu'avancer la technologie de sauvegarde vol : ils placent GTD sur la carte de la recherche européenne en sauvegarde vol autonome.