Expérience · Mécanique spatiale

Agence spatiale européenne, SpOC 4 : une tournée de 1 051 cibles en orbite lunaire

Cette expérience porte sur un problème de planification de mission : visiter, une fois chacune, 1 051 cibles en orbite autour de la Lune, en choisissant l’ordre des visites, les dates de départ et les durées de vol, pour que la mission s’achève le plus tôt possible, chaque transfert ayant un coût en vitesse limité. L’arbitre est la plateforme Optimize de l’Agence spatiale européenne (ESA), qui évalue chaque solution avec son simulateur officiel. Résultat : une tournée de 272,712 jours, meilleur score sur 51 entrées au relevé du 04/10/2026. La solution a été soumise le 02/10/2026, après la clôture de la compétition (30/06/2026) : le classement est un classement post-compétition.

1. Le problème

Autour de la Lune, 1 051 cibles, que l’ESA nomme des « tomates », suivent chacune une orbite képlérienne : une ellipse parcourue sous la seule attraction de la Lune. Un vaisseau part de l’une d’elles, en rejoint une autre, puis une autre, jusqu’à les avoir toutes visitées une fois. Entre deux cibles, il effectue un transfert à deux impulsions : une première manœuvre quitte l’orbite de départ, une seconde se place sur celle de la cible d’arrivée à la date prévue. Le coût d’un transfert, somme des deux variations de vitesse, ne doit pas dépasser 100 m/s ; au plus 5 transferts, les « exceptions », peuvent aller jusqu’à 600 m/s. Les variables sont l’ordre des visites, les dates de départ et les durées de vol, soit 3 × 1 051 − 2 = 3 151 valeurs. Le score est la date d’arrivée à la dernière cible, en jours, à minimiser. Le défi propose trois instances (49, 181 et 1 051 cibles) ; cette page traite la plus grande, « large ».

2. Protocole de vérification

Le résultat est un vecteur de 3 151 nombres, déposé sur la plateforme Optimize. La plateforme l’évalue avec le simulateur officiel du problème, publié par l’ESA (code Python au format pygmo, transferts calculés avec la bibliothèque pykep), et en tire le score. Les chiffres de cette page sont ceux du classement relevé à la date indiquée.

L’arbitre et le problème

La plateforme Optimize est développée par l’Advanced Concepts Team de l’ESA, qui organise SpOC 4 avec la conférence GECCO (quatrième édition du concours). Le problème a été formalisé par Bannach, Acciarini et Izzo, « The Keplerian Traveling Salesperson Problem » (arXiv:2605.00010). Le dépôt esa/SpOC4 fournit l’instance et le code de validation. Les soumissions de la compétition fermaient le 30 juin 2026 ; le portail est resté ouvert ensuite.

3. L’énoncé en images

Les figures de cette section illustrent le problème posé : elles sont tracées à partir de l’instance publiée par l’ESA, non de la solution. La figure principale montre en perspective les orbites des cibles, avec leurs vrais paramètres orbitaux ; la couleur est l’inclinaison. Toutes les orbites partagent la même ligne des nœuds (tirets or) et ne se distinguent que par leur inclinaison. Les cibles de l’anneau externe (demi-grand axe d’environ 15 000 km, période d’environ 1,906 j) forment trois amas d’inclinaisons voisines de 0°, 90° et 180° et deux échelles, avec une cible tous les 1,196° d’inclinaison (de 3,0° à 86,7°, puis de 92,7° à 177,6°). Celles de l’anneau interne (environ 3 750 km, période d’environ 0,238 j) forment trois amas. Une orbite sur huit est tracée pour les amas ; toutes celles des échelles le sont.

Les cibles de l’instance, par famille

Chaque case est une cible de l’instance, regroupée par famille orbitale. L’anneau interne compte 450 cibles (demi-grand axe de 3 737 à 3 757 km) ; l’anneau externe en compte 601 (de 14 950 à 15 030 km). Familles : amas dont l’inclinaison est à moins de 2,2° de 0°, 90° ou 180°, et, pour l’anneau externe, les cibles restantes, qui forment les échelles. Cette carte décrit l’énoncé ; la ligne « Problème » de la section 2 en donne les limites. Les paramètres de l’instance sont dans esa_spoc4_instance.json.

La physique en jeu : un transfert de Lambert entre deux orbites. Les deux exemples ci-dessous prennent deux cibles quelconques de l’instance, avec une date de départ et une durée de vol choisies pour l’illustration (départ au jour 10). Les points violet et cyan sont les deux cibles pendant le vol ; l’arc doré est la trajectoire du vaisseau, obtenue en résolvant le problème de Lambert puis en propageant le résultat sous l’attraction de la Lune ; le point doré arrive sur la cible d’arrivée à la date prévue.

4. Résultat

La tournée soumise visite les 1 051 cibles une fois chacune et s’achève au jour 272,712. Au relevé du 04/10/2026, le classement de la plateforme compte 51 entrées. Le meilleur score de la période de compétition était d’environ 337,65 jours. Aucune borne inférieure n’est connue pour cette instance.

5. Ce qui est vérifié, et par qui

• L’arbitre (ESA). Le simulateur officiel de la plateforme Optimize évalue le vecteur déposé et publie le score, 272,712 jours au relevé indiqué. C’est cette évaluation qui établit le classement.
• Contrôle avec le code officiel (02/10/2026). Le code du problème, téléchargé sur la plateforme et exécuté hors ligne avec pykep 2.6.2, rend [272,712 ; 0 ; 0 ; 0 ; 0] pour ce vecteur : la durée, puis des violations de contrainte toutes nulles.
• Contrôle indépendant (11/10/2026). Un second contrôle, écrit sans le paquet officiel (orbites képlériennes, problème de Lambert), confirme la validité de la solution soumise : chaque cible est visitée une fois, les vols s’enchaînent dans l’ordre des dates, et chaque transfert respecte la limite de 100 m/s, dans la limite des 5 exceptions autorisées sous 600 m/s. C’est un contrôle interne ; le simulateur de l’ESA reste l’arbitre.
• Empreinte du fichier soumis. Le sha256 ci-dessous est celui du fichier envoyé à la plateforme. Il fixe le résultat : tout fichier présenté plus tard comme la soumission se compare à cette empreinte.

Instance de référence pour les contrôles : fichier d’instance « large » du dépôt esa/SpOC4, sha256 aa0954f33a1adf6cf0c3a3e5e27d96ef92ff0e6d8b027efd2dadcde0c4437d54.

6. Ce que modélise cette question

Les auteurs du défi citent, parmi les missions concernées par ce problème, le retrait actif de débris, la maintenance en orbite et l’exploration de la ceinture d’astéroïdes : des missions qui doivent rejoindre plusieurs corps en mouvement (arXiv:2605.00010).

Mon projet d’IA au service de ma recherche

Ce défi n’est pas un but en soi : c’est un banc d’essai de ma recherche sur une IA embarquée certifiable. Mon projet d’IA, dont le fonctionnement reste confidentiel, me permet d’atteindre une tournée des 1 051 cibles en 272,712 jours, évaluée par le simulateur officiel de l’ESA, au meilleur score du classement relevé. Le certificat et l’arbitre en font foi : ce n’est pas mon explication qu’il faut croire, c’est le résultat qui se revérifie. Il s’agit du meilleur résultat connu à la date indiquée, pas d’un optimum démontré.