Expérience · Mécanique spatiale · Logistique lunaire

Agence spatiale européenne, Luna Tomato Logistics : 400 transferts de la Terre à la Lune

Cette expérience porte sur un problème de logistique entre la Terre et la Lune : acheminer des « tomates » depuis 400 orbites terrestres, par 400 orbites lunaires, vers 400 destinations, en choisissant l’affectation de chaque tomate et la trajectoire de chaque transfert, pour que la masse livrée soit la plus grande possible. L’arbitre est la plateforme Optimize de l’Agence spatiale européenne (ESA), qui évalue chaque solution avec son simulateur officiel. Résultat : 506 077,456 kg livrés, meilleur score sur 103 entrées au relevé du 11/10/2026. La solution a été soumise le 07/10/2026, après la clôture de la compétition (30/06/2026) : le classement est un classement post-compétition.

1. Le problème

L’ESA propose un défi de logistique entre la Terre et la Lune : 400 orbites terrestres de départ, 400 orbites lunaires d’arrivée et 400 destinations. Une solution est un ensemble de 400 triplets (orbite terrestre, orbite lunaire, destination) où chaque orbite et chaque destination apparaît une seule fois, chaque triplet étant accompagné de la trajectoire qui relie son orbite terrestre à son orbite lunaire. Le score est la somme des masses livrées, à maximiser.

Une trajectoire part d’un état situé sur l’orbite terrestre, reçoit une impulsion de vitesse, vole sur un premier arc, reçoit une deuxième impulsion, vole sur un second arc, reçoit une troisième impulsion, et doit alors se trouver sur l’orbite lunaire visée : demi-grand axe (en unités de la distance Terre–Lune), excentricité et inclinaison doivent coïncider avec celles de cette orbite à 10⁻⁶ près, soit environ 384 m sur le demi-grand axe. Le vol est calculé dans un modèle à quatre corps, Terre, Lune et Soleil (modèle bicirculaire) ; il ne doit pas passer à moins de 99 km de la surface terrestre ni de 30 km de la surface lunaire.

Le coût en vitesse ΔV du transfert, somme des normes des trois impulsions, donne la masse de tomates par l’équation de la fusée : m = 5 000 · exp(−ΔV / (311 · g₀)) − 500 kg, avec g₀ = 9,80665 m/s². La masse livrée à destination est plafonnée par (200 − Δt) · c, où Δt est la durée de vol en jours et c le coefficient de la table LTL de l’ESA pour le couple (orbite lunaire, destination). Le vecteur déposé compte 8 400 valeurs, 21 par triplet. Le défi propose trois problèmes (matching-i, matching-ii, trajectory-matching) ; cette page traite trajectory-matching, celui qui exige les trajectoires.

2. Protocole de vérification

Le résultat est un vecteur de 8 400 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, propagation avec la bibliothèque heyoka, éléments orbitaux avec pykep), et en tire le score ; une solution qui viole une contrainte reçoit un score nul. 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. Le dépôt esa/SpOC4 publie, dans le dossier « Challenge 1 Luna Tomato Logistics », les trois fichiers de l’instance (Earth_orbits.txt, Moon_orbits.txt, LTL.txt) ; la page lit ces fichiers et leurs empreintes sont données en section 5. Le modèle bicirculaire est décrit dans la littérature (Simó, Gómez, Jorba et Masdemont, 1995) ; les transferts Terre–Lune à deux impulsions dans un modèle à quatre corps ont été étudiés par Topputo (Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 117, 2013). 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 des fichiers publiés par l’ESA, non de la solution. La figure principale montre la forme des 400 orbites terrestres de départ, avec leur vrai demi-grand axe et leur vraie excentricité (de 6 545 à 42 924 km de demi-grand axe, excentricité jusqu’à 0,74) ; la couleur est l’inclinaison. Les fichiers ne donnent ni l’orientation ni la phase des orbites : elles sont ici alignées, pour la lecture. Le disque gris est la Terre ; 41 d’entre elles, qui montent jusqu’à 43 000 km, sont des orbites hautes ; les autres sont basses et serrées autour d’elle.

Les arrivées sont 400 orbites lunaires, plus petites (de 1 838 à 5 314 km de demi-grand axe, excentricité jusqu’à 0,65) ; la deuxième figure les montre de la même manière, la première cadre de près les orbites terrestres basses. Puis l’équation de la fusée de l’énoncé : plus le transfert coûte de vitesse, moins il reste de masse de tomates, jusqu’à zéro vers 7 023 m/s. Enfin, la table LTL de l’ESA : le coefficient c du plafond de livraison pour chaque couple (orbite lunaire, destination), moyenné par blocs de 16 × 16 ; 11 % des 160 000 coefficients sont nuls ou quasi nuls, la moyenne est de 8,44.

Les éléments de l’instance

Chaque case est une orbite ou une destination de l’instance. Les orbites sont colorées par inclinaison (du violet, 0°, au cyan, 90°) ; les destinations par le coefficient c moyen de leur colonne dans la table LTL. Cette carte décrit l’énoncé. Les paramètres de l’instance sont dans esa_luna_tomato_instance.json.

4. Résultat

La solution soumise livre 506 077,456 kg au total, par 400 triplets. Au relevé du 11/10/2026, le classement de la plateforme compte 103 entrées, dont 91 au score non nul. Le meilleur score de la période de compétition, jusqu’à la clôture du 30/06/2026, était de 500 236,503 kg ; la solution soumise et la 2e entrée sont postérieures à cette clôture.

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, 506 077,456 kg au relevé indiqué. C’est cette évaluation qui établit le classement.
• Contrôle avec le code officiel (07/10/2026). Le code du problème, téléchargé sur la plateforme et exécuté hors ligne avec pykep 2.6.4 et heyoka 7.13.2, rend −506 077,4559769009 pour ce vecteur. Les 400 lignes ont des orbites terrestres, des orbites lunaires et des destinations toutes distinctes, et les fichiers de l’instance ont les mêmes empreintes que ceux du dépôt public.
• Contrôle indépendant (11/10/2026). La physique a été réécrite, éléments orbitaux et modèle bicirculaire intégré avec un intégrateur de Dormand–Prince d’ordre 8, sans les paquets officiels. Ce contrôle retrouve la somme de 506 077,4559769 kg, confirme que chaque orbite et chaque destination est utilisée une fois, que les 400 états de départ et d’arrivée respectent les orbites imposées à la tolérance de 10⁻⁶ et qu’aucune trajectoire n’entre dans les zones interdites. 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.

Fichiers de l’instance (dépôt esa/SpOC4, dossier « Challenge 1 Luna Tomato Logistics »), sha256 : Earth_orbits.txt 6c048d808bfca820d3742a1077993568faa3fbfb42a954cdb41f5d0952b49e53
Moon_orbits.txt 03a75b4911945288690eee021b02b87ffffb6ab1c2810e6bd438beb5ce8efad0
LTL.txt c30bd4caed25e841bdc54d4a703f58de905403a98dd529c9755117eafd2a9108

6. Ce que modélise cette question

L’ESA présente le défi comme la conception d’un réseau de transport qui amène des charges depuis des orbites terrestres vers des destinations lunaires (README du dépôt esa/SpOC4). Ce type de question modélise la logistique entre la Terre et la Lune, l’affectation à trois dimensions sous contraintes (chaque départ, chaque arrivée et chaque destination une seule fois), et le couplage d’un choix combinatoire avec un calcul de trajectoire, où le coût de chaque affectation dépend de la mécanique orbitale. L’expérience apporte un plan complet de 400 transferts, évalué par le simulateur de l’arbitre.

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 506 077,456 kg livrés par 400 transferts, contraintes respectées, 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.