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Copernicus : le satellite Sentinel 3A se prépare au lancement

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En décembre, Sentinel 3A sera le troisième satellite du programme européen Copernicus à être mis en orbite. Il a pour objectif l'observation en permanence des océans et des surfaces terrestres par optique multispectrale, infrarouge et altimétrie. Sa construction a dû tenir compte d'un certain nombre de contraintes techniques et opérationnelles en raison des objectifs scientifiques de la mission.

Le satellite Sentinel 3 présenté à la presse française et internationale quelques jours avant son départ pour son site de lancement, en Russie. © Rémy Decourt

Après les lancements de Sentinel 1A (avril 2014) et Sentinel 2A (juin 2015), se prépare celui de Sentinel 3A. Le satellite sera lancé le 10 décembre par un lanceur russe, Rockot, depuis le cosmodrome de Plessetsk. Initialement, il devait être lancé par Vega, mais les premiers lancements de ce lanceur étaient déjà réservés par d'autres missions. Sentinel 3B sera quant à lui bien lancé par Vega.

Sentinel 3 fait partie d'une mission d'observation de la surface des océans et des terres émergées au moyen d'instruments optiques à moyenne résolution fonctionnant dans le visible (couleur), le proche infrarouge et l'infrarouge lointain (température), mais aussi d'instruments radars fonctionnant par tout temps et permettant notamment de déterminer les hauteurs des océans et des grands lacs.

Le satellite embarque quatre instruments principaux et un ensemble d'outils de navigation :

  • les instruments OLCI (Ocean and Land Color Instrument) et SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) pour la partie optique de la mission ;
  • deux instruments micro-ondes qui forment la charge utile topographique : l'altimètre radar SRAL (Sar Radar Altimeter) complété d'un radiomètre (MWR).

Sentinel 3A, dont le contrat initial était de 450 millions d'euros, a été remporté par Thales Alenia Space. « Compte tenu des révisions de prix, il est aujourd'hui estimé à 500 millions d'euros », nous explique Yvan Baillion, le responsable du programme chez Thales Alenia Space. Il est en « développement depuis octobre 2007 et entré en construction en 2010 ». En parallèle se poursuit la construction à l'identique de Sentinel 3B dont le développement a démarré mi-2009. Ce satellite ne viendra pas en remplacement de son prédécesseur, « tous deux étant conçus pour une durée de vie d'au moins 7 ans et demi (et une espérance de vie de 12,5 ans) », mais en complément pour, d'une part, améliorer le temps de revisite de chaque point terrestre pour les missions optiques et, d'autre part, assurer un meilleur maillage de la Terre pour la mission topographique.

Sentinel 3 entièrement assemblé et testé. Le satellite est ici vu sous différents angles dans l'usine cannoise de Thales Alenia Space qui l'a construit. © Rémy Decourt

Rendre le satellite compatible avec les lanceurs Vega et Rockot

Le satellite a été réalisé sous la maîtrise d'œuvre de Thales Alenia Space et assemblé dans son usine de Cannes. À proprement parler et « outre les problèmes inhérents au développement d'un tout nouveau satellite, nous n'avons pas eu de difficulté particulière si ce n'est de le rendre compatible avec Vega et Rockot pour la masse et l'encombrement », poursuit Yvan Baillion. Au moment de la conception du satellite, cela a été un « réel souci et un gros risque de pris par l'Agence spatiale européenne ». Par rapport au volume disponible sous la coiffe de Vega ou de Rockot, les « marges étaient de moins de un centimètre par endroit ». Quant à la plateforme, et c'est souvent le cas pour la plupart des satellites scientifiques, elle « a été spécifiquement développée pour Sentinel 3 mais elle utilise certaines servitudes et équipements communs avec Sentinel 1 et ExoMars 2016 ». Cette spécificité s'explique notamment par la « nécessité de rentrer dans un petit volume le maximum d'instruments ». Par rapport aux instruments, la masse structurelle de la plateforme est très faible.

Le grand intérêt du programme Copernicus« c'est qu'il nous offre une certaine visibilité sur le futur ». Avec les deux premiers Sentinel 3 en développement, « le 3B sera lancé par Véga au second trimestre 2017 », et les deux autres en cours d'appel d'offres, l'organisation industrielle du programme « permet un certain nombre d'économies » et met en place une « filière industrielle qui associe les équipementiers avec les grands groupes ». Cela contribue à « renforcer le tissu industriel du secteur, la compétitivité et l'attractivité commerciale des entreprises qui bénéficient des contrats Copernicus ». Dans une industrie habituée à fabriquer des équipements à l'unité, avoir l'opportunité de produire de petites séries les renforcent sur le long terme.

L'autre défi sur Sentinel 3 concerne les tests du satellite et de ses instruments. C'est une « phase très difficile pour laquelle on se doit d'être très exhaustif ». En effet, pour la construction de biens en série, les premières unités sont susceptibles de rencontrer des problèmes corrigés sur les suivantes, mais « on ne peut pas se le permettre dans le cas d'un satellite ». C'est d'autant plus vrai que chaque satellite et instrument des familles Sentinel sont « destinés à fournir des données pour des services immédiatement opérationnels » qui concernent le milieu marin, l'atmosphère, l'environnement terrestre, le suivi du changement climatique ainsi que l'appui aux interventions d'urgence et les services liés à la sécurité.

Concrètement, à chaque problème rencontré, il faut le corriger, « même si cela nécessite d'ouvrir le satellite et changer un composant », et recommencer les tests. C'est le propre des projets spatiaux de type Sentinel où l'échec de fonctionnement en orbite est totalement exclu. « On préfère tirer plus tard plutôt que de courir le moindre risque d'une panne en orbite. »

Sentinel 3A sur un banc de test à l'usine de Thales Alenia Space (Cannes). © Thales Alenia Space

Un satellite avec des contraintes de design assez fortes

La réalisation de ce satellite a dû tenir compte d'un certain nombre de contraintes techniques et opérationnelles. C'est ce que nous explique François Paoli, responsable technique du satellite chez Thales Alenia Space à travers trois exemples.

Parmi les contraintes techniques, « l'autonomie et la durée de vie sont deux des clés de la réussite de ce programme ». Or, jusqu'à présent, « on réalisait des satellites en orbite basse avec des durées de vie typiquement de 3 ans avec une extension à 5 ans ». Avec les Sentinel, « on passe à 7 ans avec une demande de l'Esa de la porter à 12 ans ! » Du coup, cela nous « oblige à faire un satellite avec des exigences de fiabilité assez grandes ». Il faut gérer les redondances à bord avec la « possibilité de passer sur un équipement redondant quand l'un tombe en panne et de faire ce que l'on appelle du "cross-strapping", c'est-à-dire d'interconnecter les équipements les uns avec les autres de manière à pouvoir constamment garder cette chaîne d'équipements qui fonctionne ».

Autre difficulté technique, « mais aujourd'hui surmontée », Thales Alenia Space a choisi comme système de correction de trajectoire des « moteurs de classe de 1 newton de chaque côté du satellite qui poussent dans les deux sens afin d'éviter un retournement du satellite lorsqu'ils sont orientés ». Cela permet de repositionner le satellite régulièrement sans avoir à interrompre la mission. Ces petits moteurs seront utilisés pendant au moins 7 ans, « ce qui signifie qu'ils seront fortement sollicités pendant cette mission ». Pour s'affranchir de cette contrainte, on a « optimisé nos lois de contrôle d'orbite de façon à moins les solliciter malgré la durée de vie qui pourrait atteindre 12 ans ».

Enfin, le fait d'avoir plusieurs charges utiles embarquées sur un satellite de taille moyenne « impose des contraintes différentes propres aux instruments ». Celles des instruments optiques sont liées à « la propreté, la contamination de leurs optiques et au pointage et à la stabilité attendus très précis ». Il faut également refroidir les plans focaux : « c'est pour cela que l'on a gardé une face froide sur le satellite et fait le choix d'un seul panneau solaire associé à une configuration de vol longitudinale qui permet d'avoir une importante face froide pour le satellite ». Quant aux instruments radio« ils ont des contraintes d'autocompatibilité RF et électromagnétiques ».

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