vignette|redresse=1.5|Quelques missions de maintenance en orbite marquantes.

Une mission de maintenance en orbite de satellite (en anglais ) est une catégorie de mission spatiale dont l'objectif est d'intervenir sur un satellite alors qu'il se trouve dans l'espace pour effectuer des opérations de maintenance : ravitaillement en ergols et autres fluides, modification de l'orbite, remplacement d'un équipement . Le coût élevé de ce type de mission ramené aux bénéfices potentiels ainsi que sa complexité ont jusqu'à récemment empêché leur généralisation. La maturation des techniques nécessaires, la forte croissance du nombre de satellites en orbite, la nécessité de limiter le nombre de satellites "morts" sur les orbites les plus utilisées (orbite basse entre 300 et 900 km, orbite géostationnaire) ont entrainé un accroissement des expérimentations par les principales puissances spatiales depuis le début de la décennie 2010.

La première mission de cet type est réalisée, à l'initiative de la NASA, en 1984 par l'équipage de la navette spatiale américaine (STS-41-C) au cours de laquelle des équipements défaillants du satellite scientifique Solar Maximum Mission sont remplacés. Les cinq vols de la navette spatiale entre 1993 et 2009 destinés à sauver puis à améliorer les performances du télescope spatial Hubble sont les missions de ce type les plus emblématiques. Mais depuis le retrait de la navette spatiale les opérations de maintenance impliquant la présence à cette fin d'astronautes ne sont plus envisagées pour des raisons de cout.

Plusieurs missions robotiques, expérimentant différents types d'opérations de maintenance, ont été développées au cours des décennies 2000 et 2010. Compte tenu des investissements croissants dans le domaine par les États-Unis, la Chine et l'Europe ayant contribué à la maturation des techniques nécessaires et de l'abaissement de leur coût, les missions de maintenance routinières pourraient se développer durant la deuxième moitié de la décennie 2020. On peut distinguer deux segments de marché : celui des satellites géostationnaires dont le coût justifie plus facilement des opérations de ravitaillement en orbite et celui des micro et mini-satellites en orbite basse, dont le nombre explose ce qui peut justifier des opérations de prolongement de leur vie notamment pour limiter le nombre de lancements et les nuisances associées. Le développement des opérations de maintenance est freiné par le coût des expérimentations et l'absence de standardisation des interfaces matérielles et logicielles des satellites sollicitées par ce type d'opération. Néanmoins plusieurs missions de maintenance de satellites opérationnels ont été réalisées ou sont sur le point de l'être. Parmi celles-ci figurent les deux missions MEV qui depuis 2020 a permis de prolonger la vie de cinq ans d'au moins deux satellites de télécommunications en orbite géostationnaire ayant épuisé leurs ergols, le lancement programmé par la NASA en 2026 d'une mission de sauvetage de l'observatoire spatial Swift et la mission RISE de l'Agence spatiale européenne qui doit intervenir à compter de 2028 sur des satellites circulant sur une orbite géostationnaire.

Définition vignette|redresse=1.5|Les différentes types d'intervention en orbite.

Les missions de maintenance en orbite (en anglais OOS ) sont une catégorie de mission spatiale dont l'objectif est d'assurer des actions de maintenance sur des satellites artificiels alors que ceux-ci sont dans l'espace. Elles peuvent remplir un ou plusieurs des objectifs suivants : le ravitaillement d'un engin spatial ayant épuisé les ergols dont il a besoin pour se maintenir sur son orbite et/ou contrôler son orientation. Les fluides peuvent être cryogéniques ou non ; la modification de l'orbite d'un engin ne disposant pas de propulsion pour remplir un des objectifs suivants : le rehaussement de l'altitude pour prolonger la durée de vie opérationnelle lorsque le satellite est sur le point de rentrer dans l'atmosphère ; Mise sur une orbite cimetière d'un satellite circulant sur une orbite géostationnaire et ne disposant plus de capacité de manœuvre de manière à respecter la règlementation en matière de débris spatial ; la réduction de l'altitude d'un satellite circulant sur une orbite basse ne disposant pas ou plus de propulsion pour permettre sa rentrée atmosphérique dans le délai de 20 ans prescrit par la règlementation sur les débris spatiaux ; l'intervention suite à un lancement partiellement raté d'un satellite qui a placé celui-ci sur une orbite différente de celle visée, ledit satellite n'ayant pas les moyens de se replacer de lui-même sur cette orbite. l'inspection d'un satellite en panne à l'aide de caméras à haute définition, de senseurs infrarouges ; la maintenance ou le remplacement d'équipements sur un satellite conçu pour pouvoir être réparé en orbite : panneaux solaires endommagés, mécanismes grippés, nouveaux équipements/instruments dotés de plus grandes capacités ; la maintenance ou le remplacement d'équipements sur un satellite non conçu pour être réparé/modifié. Par rapport à l'intervention précédente cela nécessite des opérations plus complexes pour accéder aux interfaces et réaliser les nouvelles connexions.

La NASA inclue les prestations de maintenance en orbite dans un ensemble plus vaste, l'ISAM () qui comprend également : la fabrication et l'assemblage de structures dans l'espace ; la réutilisation de composants de satellite déjà présents dans l'espace pour en fabriquer un nouveau. Comprend également le recyclage de matériaux ; la fabrication de pièces détachées dans l'espace ou à la surface d'une autre planète ; la construction de bâtiments et d'installations à la surface d'une autre planète en utilisant, entre autres, les matériaux disponibles localement (régolithe).

Technologies nécessaires et état de l'art (en 2025) de celles-ci

Une ou plusieurs des technologies suivantes sont requises pour effectuer les tâches de maintenance en orbite listées ci-dessus.

Opérations réalisées à l'aide d'un bras manipulateur

Manipulation d'équipements ou de charge utile à l'aide d'un bras manipulateur : serrage/desserrage de boulons/vis, découpage, insertion d'un module, assistance au déploiement...

Rendez-vous spatial, capture et amarrage

Manœuvre à proximité d'un autre engin spatial, capture de celui-ci, amarrage, mise en place de connexions. Ces opérations peuvent être assistées par des humains ou réalisées de manière autonome. Elles incluent l'inspection à distance et le vol en formation.

Transfert sur une autre orbite

Le transfert sur une autre orbite est la capacité d'un engin spatial de modifier l'orbite ou l'orientation d'un autre engin soit pour lui permettre de poursuivre ses opérations sur la nouvelle orbite, soit pour prolonger sa durée de vie soit pour gérer la fin de vie du satellite en le plaçant sur une orbite cimetière ou en accélérant sa rentrée atmosphérique. Ce type d'opération a été réalisée par la navette spatiale américaine. La multiplication des débris spatiaux et des événements générant des débris a conduit au développement de nombreuses technologies et missions destinées à traiter ce problème. Parmi celles-ci Astroscale a réalisé la mission ELSA-D (capture d'un débris spatial en 2016) et développe Astro-M (2026) qui sera capable de traiter plusieurs débris spatiaux. La Chine a réalisé la mission Aolong-1 (capture et déclenchement de la rentrée atmosphérique d'un débris spatial simulé en 1016) et Shijan-21 (déplacement sur une orbite cimetière d'un satellite géostationnaire en 2022). L'Agence spatiale européenne développe la mission ClearSpace-1 (capture et déclenchement rentrée de Proba-1 en 2028) et RISE (déplacement en orbite cimetière de plusieurs satellites géostationnaires prévue en 2028).

Réparation et remplacement d'un sous-système

Réparation, mise à niveau, maintenance ou installation d'un composant sur un satellite conçu pour ce type d'opération. Facilité par une architecture modulaire et des interfaces standardisées.

Opérations similaires mais sur un engin spatial non conçue pour celles-ci.

Transfert de fluides et d'ergols

Le transfert de fluides et d'ergols permet de prolonger la durée de vie d'un engin spatial. La technique de transfert est au point pour les fluides non cryogéniques : le transfert d'eau, d'UDMH et de peroxyde d'azote sont des opérations routinières entre cargo spatial et Station spatiale internationale depuis le début des années 2000. Des tests ont effectués pour l'hélium superfluide en 1993 (expérience SHOOT à bord de la mission de la navette spatiale américaine mission STS-57) et le méthane liquide en 2018 (expérience RRM3 à bord de la Station spatiale internationale). Par contre, début 2026, aucune opération de transfert d'oxygène ou d'hydrogène liquide n'a été réalisée mais un démonstrateur est programmé en 2026 (LOXSAT-1).

Assemblage de structures

Assemblage de structures.

Inspection et métrologie

Inspection et métrologie à distance plus ou moins réduite sans s'amarrer à celui-ci.

Évolution historique, freins, analyse du marché

Des investissements croissants

La maintenance en orbite d'engins spatiaux est restée jusqu'au début des années 2020 cantonnée à des expérimentations ou dans quelques cas (notamment entretien du télescope Hubble) a été réalisée de manière opérationnelle par des astronautes utilisant la navette spatiale américaine avec toutefois un coût de mise en oeuvre prohibitif. Sur le plan technique il a pourtant été démontré que ce type d'opération était réalisable. En 2007 la mission de la DARPA Orbital Express a prouvé qu'un engin autonome pouvait effectuer le transfert d'ergols (non cryogéniques) et remplacer une batterie. Mais il y avait jusque là un fossé entre le coût de ce type de service et ce que les opérateurs de satellites étaient prêts à payer. Chacune des cinq missions de maintenance du télescope Hubble, réalisée par les équipages de la Navette spatiale américaine entre 1993 et 2009, a coûté des centaines de millions de US$. Compte tenu du coût du prolongement de la durée de vie d'un satellite de télécommunications en orbite géostationnaire, un opérateur préférait acheter une nouveau satellite.

Les coûts de ces opérations de maintenance ont désormais diminué grâce à la mise au point de satellites de maintenance utilisant des équipements peu coûteux et des systèmes de navigation et de guidage autonomes sophistiqués. Le développement des satellites MER par la société Northrop Gruman, qui ont prolongé en 2020 la durée de vie de deux satellites Intelsat, ont ouvert la voie aux applications opérationnelles.

Freins

Selon un rapport de la Cour des Comptes américaine (GAO) analysant le marché de la maintenance en orbite en 2025, les principaux freins au développement de cette activité sont : la fragmentation du marché. La maintenance d'un satellite en orbite basse et en orbite géostationnaire nécessite des solutions très différentes, il existe plusieurs types d'ergols selon que la propulsion est chimique (hydrazine) ou électrique ) les réticences des opérateurs de satellites. Les opérateurs de satellites commerciaux ne sont pas persuadés de la rentabilité de l'investissement nécessaire pour fabriquer leur satellites conçus pour permettre des opérations de maintenance. Par ailleurs les pratiques comptables usuelles de ces opérateurs ne prévoient généralement pas de provisionner des opérations de maintenance. Les opérateurs institutionnels, comme la NASA ou le département de la Défense américain, ne montrent pas l'exemple. Ils continuent de développer des engins spatiaux qui ne sont pas conçus pour des opérations de maintenance en orbite. le coût des expérimentations en orbite. Si les sociétés de grande taille peuvent relativement facilement financer un test en orbite, ce n'est pas le cas des petites entreprises qui jouent un rôle important dans la mise au point des technologies nécessaires.