Vue d'artiste d'un satellite de la constellation Cosmo-SkyMed Seconde Génération ou CSG qui doit assurer le relais des services d’observation radar SAR fournis par les quatre satellites de Cosmo-SkyMed Première Génération (CSK). Les deux générations sont à usage dual (civil et militaire), tel que voulu par le ministère italien de la Défense et l’Agence spatiale italienne (ASI). © Thales Alenia Space
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Le bassin méditerranéen sous l'œil des satellites Cosmo-SkyMed

ActualitéClassé sous :Astronautique , Constellation de satellites , Observation de la Terre

Pour son quatrième lancement de l'année, SpaceX va mettre sur orbite le deuxième satellite de la constellation Cosmo-SkyMed de seconde génération, cette nuit. Construits par Thales Alenia Space, les satellites de cette constellation ont comme particularité d'être utilisés à des fins militaires et civils avec un radar étonnamment performant. Giampiero di Paolo, directeur de l'Observation et de la Navigation chez Thales Alenia Space-Italie, nous explique pourquoi cette constellation est unique en son genre.

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[EN VIDÉO] Combien de satellites tournent autour de la Terre ?  2.787 satellites sont opérationnels au 31 décembre 2020 selon l'association UCS (Union of Concerned Scientists), dont plus de la moitié lancés par les États-Unis. Les trois quarts des satellites en opération tournent en orbite basse (entre 500 et 2.000 km d'altitude), et sont utilisés pour les systèmes de télécommunication, d'imagerie terrestre ou la météorologie. 

Cette nuit, un lanceur Falcon 9 de SpaceX va lancer un satellite de la constellation d'observation de la Terre Cosmo-SkyMed. Cette constellation a pour particularité d'être dual. C'est-à-dire qu'elle est autant destinée à des utilisations militaires que civils et scientifiques. C'est un choix voulu par le ministère italien de la Défense et l'Agence spatiale italienne (ASI) qui l'utilisent pour surveiller l'environnement, le territoire, la sécurité et les situations d'urgence.

Le satellite qui sera lancé ce vendredi soir, à 23 h 11 (GMT), est le deuxième de la constellation Cosmo-SkyMed de seconde génération. Depuis sa position, à 619 kilomètres de la Terre, il assurera la continuité des services d'observation radar fournis par les quatre satellites de la première génération Cosmo-SkyMed (CSK), opérationnels en orbite depuis 2007 et 2010. Un premier satellite de la seconde génération avait été lancé en décembre 2019 à bord d'un lanceur Soyouz depuis le Centre spatial guyanais.

Tous les satellites de cette constellation, que ce soient ceux de la première ou seconde génération ont été construits par Thales Alenia Space. Ils emportent un radar aisément reconnaissable : c'est le grand rectangle de 7,5 m2 qui fait face en permanence à la Terre.

Cosmos-SkyMed de deuxième génération pour des essais d’émission et réception de son radar. © Thales Alenia Space

Des performances remarquables 

Le principal intérêt de ce radar, c'est qu'il peut se focaliser sur une zone de quelques kilomètres carrés avec une résolution métrique (mode spotlight), observer une bande de terrain continue (mode stripmap) ou observer une fauchée de 200 kilomètres de part et d'autre de la ligne nadir (mode scanSAR). Les temps de latence sont extrêmement courts, c'est-à-dire qu'il s'écoule très peu de temps entre l'envoi de l'ordre de configuration de la constellation et la réception des images souhaitées de la zone d'intérêt. Enfin, et cela est propre à tous les satellites radar, Cosmo-SkyMed assure une couverture globale de jour comme de nuit et par tous les temps, contrairement aux satellites qui fonctionnent dans le visible.

Ceux qui s'étonnent que ce satellite ne soit pas lancé par Arianespace doivent savoir qu'initialement l'Agence spatiale italienne prévoyait d'utiliser Vega C. Mais des retards dans le développement de ce nouveau lanceur, dont le vol inaugural est prévu ces prochains mois, ont contraint l'ASI à trouver un lanceur disponible rapidement pour éviter tout risque de rupture dans la continuité des services d'observation radar fournis par les quatre satellites de la première génération Cosmo-SkyMed. Cela dit, en 2024, Vega C devrait lancer le troisième satellite de cette constellation. Quant au quatrième et dernier satellite, il sera lancé en 2025 à bord d'un lanceur qui n'a pas été annoncé.

Le complexe de lancement numéro 40 (SLC-40) à Cape Canaveral au sein du Centre spatial Kennedy observé il y a quelques jours par Cosmo-SkyMed Second Generation. C'est de cette base de lancement qu'a été lancé le deuxième satellite de Cosmo-SkyMed SG à bord d'un lanceur Falcon 9 de SpaceX. © ASI. Image traitée et distribuée par e-GEOS

Futura a interrogé Giampiero di Paolo, directeur de l'Observation et de la Navigation chez Thales Alenia Space-Italie.

Futura : Quelles sont les principales différences ou améliorations entre la première et la seconde génération ?

Giampiero di Paolo : La seconde génération du système Cosmo-SkyMed, ou CSG, assurera la continuité du service aujourd'hui offert par les satellites et le segment sol de la première génération, ou CSK. Elle représente un véritable bond générationnel en technologie, performance et durée de vie opérationnelle, tout en élargissant le spectre des applications possibles grâce à sa capacité d'acquisition d'images radar en ultra haute résolution (UHR). Ses autres avantages résident notamment dans un gain d'agilité électronique du radar à synthèse d'ouverture (SAR), un gain d'agilité mécanique de la plateforme elle-même, ainsi qu'un mode d'acquisition multi-polarisation simultanée (cohérente). En mode Spotlight (DI2S-MS), le système peut ainsi imager en même temps deux zones d'intérêt distinctes, éloignées l'une de l'autre de plusieurs centaines de kilomètres.

Toutes ces capacités élargissent d'autant le champ des applications potentielles de CSG, en particulier dans le domaine de la gestion des risques et d'évaluation des dommages consécutifs à des catastrophes naturelles ou d'origine humaine.

L'architecture innovante de CSG repose sur le capteur SAR et son antenne à balayage électronique actif, dont les modules réceptionnent simultanément les signaux dans les deux polarisations H et V, et émettent des impulsions à ultra-large bande équivalant à deux fois celle de CSK, afin d'obtenir une résolution UHR.

Ces performances sont possibles grâce notamment à l'emploi d'éléments à circuits intégrés monolithiques hyperfréquences, ou MMIC, dont les capacités, l'efficience et le pouvoir rayonnant sont poussés aux limites de la faisabilité pour permettre l'usage d'une puissance élevée (deux fois plus que celle de CSK) à un faible indice de bruit, et obtenir ainsi une qualité d'image exceptionnelle. Par exemple, plusieurs centaines de kilomètres carrés peuvent être couverts avec une résolution submétrique élevée.

Le plateau de Gizeh, en Égypte, et les trois grandes pyramides : Khéops, Khéphren et Mykérinos. Cosmo-SkyMed Second Generation. © ASI. Image traitée et distribuée par e-GEOS

Futura : Quels sont les temps de revisite et de latence ?

Giampiero di Paolo : Le système CSG est conçu pour opérer de concert avec CSK, mais avec de meilleures performances et fonctionnalités. Avec quatre satellites en service, cette seconde génération garantira une fréquence de revisite de 11 heures de moins en moyenne que celle de la première génération à l'échelle mondiale, et de 5 heures de moins en région méditerranéenne. Après la mise à poste du deuxième satellite de CSG, la constellation Cosmo-SkyMed comprendra six satellites (quatre de première génération et deux de la seconde). De plus, l'architecture du système déployé, qui comprendra des antennes dédiées en bande X, a été conçue pour permettre la fourniture de données SAR à l'utilisateur final dans un délai de quatre heures suivant l'acquisition de l'image en orbite, quel que soit l'endroit sur Terre.

Futura : Comment se positionne cette constellation par rapport aux autres satellites SAR, notamment ceux de Copernicus, en matière de performances, caractéristiques, etc. ?

Giampiero di Paolo : Les systèmes Copernicus et Cosmo-SkyMed peuvent être considérés comme complémentaires. Le premier réalise des acquisitions systématiques, tandis que le second effectue plutôt des missions à la demande. Le système Cosmo-SkyMed et le satellite Sentinel-1 de Copernicus offrent tous deux une grande flexibilité grâce à leur antenne SAR, notamment dans les modes d'acquisition ScanSAR (larges fauchées et basses résolutions) et Stripmap (moyennes fauchées et moyennes résolutions). De plus, CSG est un système dual, au service d'usagers à la fois civils et militaires, et fonctionne en bande X pour offrir des capacités de haute résolution (en mode Spotlight). Les deux systèmes sont en orbite héliosynchrone et affichent des fréquences de revisite très similaires. Cependant, grâce à ses caractéristiques fonctionnelles, Cosmo-SkyMed est conçu pour gérer les urgences de manière plus efficace et garantit un temps de réponse type de quelques heures.

Au centre de l’image, on distingue clairement la coulée de lave du volcan Cumbre Vieja sur l’île espagnole de La Palma. Entre le début de l’éruption, le 19 septembre 2021, et la fin 85 jours plus tard, le 26 décembre, le radar du système Cosmo-SkyMed a permis de suivre constamment l’avancée des coulées vers la mer et de fournir de précieuses informations aux sauveteurs. Cosmo-SkyMed Second Generation. © ASI. Image traitée et distribuée par e-GEOS

Futura : Pourriez-vous citer deux ou trois exemples de cas où Cosmo-SkyMed s’est avéré particulièrement utile et efficace – en capacité et réactivité d’acquisition de la zone d’intérêt ou de retour scientifique ou opérationnel ?

Giampiero di Paolo : Au fil des années, le système Cosmo-SkyMed a livré des données fondamentales pour surveiller l'environnement et le territoire, et faciliter les missions sécuritaires et de gestion des urgences. En tant que mission du programme européen Copernicus, ces satellites ont notamment fourni de précieuses images dans le cadre du Service de gestion des urgences et de cartographie rapide de la Commission européenne, qui est dirigé par un consortium international emmené par e-GEOS - société conjointe entre Telespazio (80 %) et l'Agence spatiale italienne (20 %). Par exemple, lors de la récente éruption du volcan de La Palma, dans l'archipel des Canaries, la constellation a fourni des données et des cartes des coulées de lave. Ces produits ont fait valoir l'une des caractéristiques les plus innovantes des satellites de seconde génération : la capacité d'acquérir des données avec deux, voire quatre polarisations différentes, ce qui est particulièrement précieux en matière de réactivité et d'efficacité d'exploitation des ressources satellitaires. Dans le passé, le même résultat n'était obtenu qu'après plusieurs passages des satellites au-dessus de la zone d'intérêt.

En surveillant en permanence l'environnement, Cosmo-SkyMed fournit des données à des utilisateurs institutionnels comme la Protection civile italienne, afin de les aider à gérer les situations de crise consécutives à des séismes, des inondations et autres catastrophes naturelles.

Futura : Vous faites mention d’un « outil flexible unique ». Quelles sont précisément ces singularités par rapport aux autres satellites ?

Giampiero di Paolo : Il en existe effectivement plusieurs :

  • une résolution spatiale des images radar allant de la résolution grand champ (d'une bande transversale pouvant atteindre 200 kilomètres) à l'ultra-haute résolution (UHR) pour le ciblage de zones plus restreintes, afin de répondre à la diversité des besoins d'une large communauté d'utilisateurs ;
  • une transmission rapide des données de télédétection ;
  • une capacité satellitaire élevée en nombre d'images et en volume de données gérées à bord ;
  • une multi-polarisation des images acquises simultanément par le capteur SAR ;
  • deux acquisitions simultanées à double polarisation en mode Spotlight de deux zones d'intérêt distinctes ;
  • une capacité de traitement au sol deux fois supérieure à celle de la première génération ;
  • une flexibilité opérationnelle maximale dans la gestion de mission.
Pour en savoir plus

Le bassin méditerranéen sous l'œil des satellites Cosmo-SkyMed

Article de Rémy Decourt publié le 19/12/2010

La constellation de petits satellites pour l'observation du bassin méditerranéen est entièrement opérationnelle. Ses quatre satellites sont tous en orbite. Les premiers ont été lancés en juin 2007 et le dernier en novembre 2010. Équipés d'un radar à ouverture synthétique en bande X, ces satellites assurent leurs observations quelle que soit la météo, y compris à travers une couverture nuageuse.

Le bassin méditerranéen est maintenant sous l'œil de quatre satellites, mis en orbite entre 2007 et 2010. Ce projet des ministères italiens de la Recherche et de la Défense, géré par son agence spatiale, l'ASI, s'inscrit dans le programme Orfeo (Optical and Radar Federated Earth Observation). Ce programme, mené en coopération avec la France, vise à doter ces deux pays d'une capacité d'observation de la Terre en utilisant des capteurs optiques (programme Pléiades pour la France) et radars, avec Cosmo-SkyMed (pour Constellation of small Satellites for the Mediterranean basin Observation). Ce système dédié à la télédétection et à l'exploitation de données pour des applications civiles et militaires est en lien avec une priorité donnée aux besoins de sécurité.

Aujourd’hui, Cosmo-SkyMed fournit environ 1.800 images, de jour comme de nuit et quelle que soit la couverture nuageuse. Cette image montre Nuku'alofa, la capitale des îles Tonga. © Agence spatiale italienne

Cette constellation est prévue pour fonctionner jusqu'en 2017. Ses quatre satellites, construits par Thales Alenia Space, ont une orbite héliosynchrone polaire, à près de 620 kilomètres d'altitude. Chacun circule avec un décalage par rapport à l'autre, ce qui a l'avantage de montrer les changements survenus dans une région donnée entre le passage de deux satellites. Avant que la constellation ne soit complète, les satellites ont été utilisés à plusieurs reprises, notamment lors de la marée noire du golfe du Mexique, du tremblement de terre qui a frappé L'Aquila en Italie ou encore pour la surveillance des régions du Pakistan dévastées par les récentes inondations.

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