(), généralement désigné par son acronyme SWOT, est une mission spatiale d'observation de la Terre dont l'objectif est de mesurer le niveau des eaux de surface , leurs largeurs, les pentes de l'eau. Ces données seront utilisées pour estimer le débit des principales rivières et de déterminer de manière à la fois très fine et très précise le niveau des océans. Ces mesures doivent permettre de mieux comprendre le cycle de l'eau et de maîtriser avec une plus grande précision les ressources en eau devenues critiques. Un deuxième objectif est d'affiner notre connaissance de la circulation des océans et d'améliorer ainsi les modèles climatiques.

La technique de l'altimétrie satellitaire, mise en œuvre pour cette mission, a beaucoup progressé au cours des deux dernières décennies mais la résolution spatiale des instruments est restée relativement grossière (). Pour répondre aux besoins de sa mission, SWOT utilise un instrument lancé fin 2022, à la fois performant et innovant baptisé KaRIN. Ce radar à synthèse d'ouverture altimètre interféromètre fonctionnant en bande Ka est conçu pour permettre d'effectuer des relevés de niveau sur des rivières de de large avec une résolution de et est capable d'une précision altimétrique de et de pour la pente (lorsque les mesures d'origine sont en moyenne sur des zones de ).

SWOT est une mission conjointe de l'agence spatiale américaine (la NASA) et de l'agence spatiale française (le CNES), avec des participations de l'Agence spatiale canadienne (ASC) et de l'Agence spatiale du Royaume-Uni (UKSA). SWOT s'inscrit dans la continuité des missions d'altimétrie satellitaire TOPEX/Poseidon et Jason développées ensemble par la NASA et le CNES depuis les années 1990. Le satellite est placé en orbite en . La mission doit durer au minimum trois ans après une période de vérification et d'étalonnage de six mois.

Contexte

Aboutissement d'une série de satellites océanographiques franco-américains

SWOT est le dernier né d'un programme de satellites d'altimétrie satellitaire développés conjointement par l'agence spatiale française (le CNES) et l'agence spatiale américaine (la NASA), dont la mission est d'étudier les étendues d'eau présentes à la surface de la Terre. Ce programme a commencé avec la mission TOPEX/Poseidon lancée en 1992 qui a permis grâce à des altimètres radio et un système de positionnement précis d'établir pour la première fois la topographie et mesurer le niveau des océans avec une précision de . Cette mission a permis de déterminer les changements affectant le niveau des mers et de déterminer comment la chaleur excédentaire était stockée dans les couches supérieures des océans. La mission TOPEX/Poseidon s'est achevée en 2006 à la suite de la défaillance d'une roue à réaction après de fonctionnement alors que sa durée projetée était de trois ans. Trois autres satellites de la série Jason aux caractéristiques similaires ont été développés par les deux agences et lancés en 2001, 2008 et 2016. Par la suite la collecte des données océanographiques a été intégrée dans le programme Copernicus de l'Union Européenne : un premier satellite, Sentinel-6/Jason-CS/Michael Freilich a été développé dans le cadre d'un programme désormais géré et financé par l'Agence spatiale européenne et lancé en 2020. Le lancement d'un deuxième satellite est programmé en 2025.

Recensement des ressources en eau douce

L'eau douce constitue une ressource de plus en plus rare et précieuse compte tenu des besoins croissants liés à l'augmentation générale de la population et au développement de la société. Dans ce contexte, il est nécessaire de disposer d'outils permettant d'utiliser au mieux les réserves existantes tout en les préservant. Les outils existants qui reposent sur un réseau d'appareils fournissant les fluctuations de niveaux à des points fixes des rivières ne permettent de disposer que d'une représentation grossière de la distribution spatiale et temporelle des eaux de surface. Les processus qui conduisent aux inondations sont mal anticipés. L'altimétrie satellitaire permet de faire progresser de manière importante au cours des deux premières décennies du XXIe siècle, la connaissance de la circulation océanique en réalisant des mesures altimétriques mettant en évidence les différences de niveau créées par les courants marins. Mais son application aux eaux continentales est limitée par la faible résolution spatiale (distance entre deux points mesurés) de l'instrumentation embarquée (). Il fallait concevoir un nouvel instrument pour supprimer cette limitation. C'est dans cette optique que la mission SWOT a été conçue.

Historique du projet vignette|Assemblage de la plateforme (busà et de la charge utile en provenance du JPL dans l'établissement de Cannes de Thales Alenia Space.

L'altimètre WSOA (), ancêtre de l'instrument principal KaRIn de la mission SWOT, est sélectionné en 2007 par la NASA dans le cadre de son programme Instrument Incubator. La mission SWOT est inscrite dans le plan pour la décennie 2010 de la NASA pour l’étude des changements climatiques et environnementaux.. Le , la NASA et le CNES signent l'accord formalisant leur rôle dans le programme SWOTAccord entre le CNES et la NASA pour le programme SWOT, techno-science.net, 9 mai 2014. Consulté le 9 mai 2014.. L'agence spatiale française, le CNES, et l'agence spatiale civile américaine, la NASA, créent en 2007 un groupe de travail conjoint pour définir les spécifications d'une mission commune. Le projet est lancé en . La définition des contributions respectives de la NASA et du CNES sont définies en 2010. Pour mettre au point l'instrument principal de la mission, on lance en 2011 le développement d'une version aéroportée AirSWOT. La revue de conception du projet est effectuée en par la NASA. Le constructeur Thales Alenia Space (TAS) est choisi en 2015 pour la fabrication de la plateforme (bus) du satellite. En février, le CNES décide d'ajouter au satellite un altimètre effectuant des observations au nadir. La revue de définition préliminaire (PDR) est effectuée par le en pour s'assurer que les spécifications sont conformes au cahier des charges et identifier les contraintes calendaires et les risques. Le satellite entre en phase de conception détaillée et de construction (phase C/D) mi-2016. L'assemblage de la charge utile, convoyée par avion depuis le site du en Californie et de la plateforme fabriquée par Thales Alenia Space a lieu le au Centre spatial de Cannes - Mandelieu, établissement de cette société. Le satellite est transporté jusqu'à son site de lancement le par un C-5M SCM Galaxy de l'US Air Force..

Objectifs

La mission de SWOT porte à la fois sur l'hydrologie et l'océanographie : En ce qui concerne les eaux de surface continentales, SWOT a pour objectif de mesurer les changements affectant les réserves d'eau douce (lacs, étangs, zones humides) et les variations de débit des principales rivières. Ces mesures à grande échelle doivent permettre de disposer d'une connaissance de la dynamique globale de ces eaux et de pouvoir ainsi surveiller l'évolution des stocks d'eau y compris dans des zones où l'on dispose actuellement de peu d'informations. SWOT doit déboucher, grâce à sa résolution élevée, sur une meilleure connaissance de la circulation océanique de type méso-échelle et (sub) méso-échelle. Compte tenu du rôle joué par celle-ci dans le transport d'énergie, la mission permet d'améliorer les modèles climatiques. SWOT doit permettre également d'évaluer les effets de la circulation des eaux côtières sur la vie marine, les écosystèmes et la qualité de l'eau.

Caractéristiques du satellite vignette|Schéma de la plateforme (bus) de SWOT. alt=Schéma des mesures de SWOT|vignette|Schéma montrant le processus de mesure des altimètres de SWOT. vignette|Schéma montrant l'implantation des instruments sur le corps du satellite.

SWOT comprend une plateforme (bus) qui regroupe toutes les servitudes (contrôle d'attitude, télécommunications, propulsion) et une série d'instruments conçus pour remplir la mission. SWOT est un satellite d'environ deux tonnes stabilisé 3 axes. Une fois les panneaux solaires et les différents appendices déployés, son envergure atteint ( avec les seuls panneaux solaires), une largeur de pour une hauteur de . La plateforme, fournie par le constructeur français Thales Alenia Space, est conçue pour limiter les débris spatiaux et permettre une rentrée atmosphérique contrôlée afin de répondre aux exigences de la loi relative aux opérations spatiales. L'énergie est fournie par des panneaux solaires d'une superficie de qui produisent et est stockée dans des batteries ayant une capacité totale de (). Le système de contrôle d'attitude, qui repose sur des viseurs d'étoiles et des capteurs solaires, utilise des roues de réaction et des magnéto-coupleurs pour modifier l'orientation de l'engin spatial. Le satellite dispose d'un système de propulsion à ergols liquides comprenant huit petits moteurs-fusées de de poussée brûlant de l'hydrazine. Le transfert des données scientifiques entre le satellite et les stations terriennes s'effectue en . Le satellite est capable de produire environ de données par jour ce qui nécessite de pouvoir les transférer avec un débit de par seconde. Pour ces transferts le satellite dispose d'une antenne parabolique grand gain et les données sont réparties entre deux canaux utilisant des polarisations différentes et qui permettent chacun une vitesse de transfert de . Les télémesures fournissant des indications sur l'état du satellite et les commandes envoyées par les contrôleurs au sol sont échangées en . Les données sont stockées dans une mémoire de masse d'une capacité de .

Instrumentation

L'instrumentation principale de SWOT est constituée par les deux altimètres KaRIn et Poseidon-3C qui mesurent la hauteur de l'eau des océans, des cours d'eau et des lacs. Le radiomètre AMR permet de corriger ces mesures en quantifiant les éléments perturbateurs (humidité de l'atmosphère). Doris, GPSP et LRA sont des équipements utilisés pour connaitre la position du satellite (altitude, coordonnées) avec la précision requise par les objectifs de la mission.

Altimètre KaRIN

KaRIN () est un altimètre reposant sur l'utilisation d'un radar à synthèse d'ouverture altimètre interféromètre fonctionnant en bande Ka. KaRIN comprend deux antennes radar situées à chaque extrémité d'un mât de permettant d'effectuer des relevés altimétriques sur une largeur de ( de part et d'autre d'une bande nadir de ). La zone couverte comprend donc deux bandes, larges de , séparée par un intervalle de qui est pris en charge par l'altimètre Poseidon-3C. Compte tenu de la largeur du relevé effectué à chacun de ses passages, le satellite qui est placé sur une orbite géocentrique à effectue un passage sur l'ensemble des surfaces couvertes d'eau de la planète au minimum deux fois tous les , et jusqu'à aux latitudes extrêmes vues par le satellite, soit 77.6° Nord et Sud. L'instrument KaRIN est capable de réaliser des mesures sur les fleuves de plus de de large (voire on l'espère ), ainsi que sur les étendues d'eau de plus de par , ceci avec une précision décimétrique. Il peut également quantifier les pentes avec une précision de l’ordre de .

Altimètre Poseidon-3C

Poseidon-3C est un altimètre qui vient compléter les mesures effectuées par KaRIN en effectuant les mesures au nadir sur une largeur de entre les deux bandes latérales prises en charge par cet instrument. Poseidon-3C dérive de l'instrument embarqué sur Jason-3. Il permet de mesurer la distance entre le satellite et la surface, la hauteur des vagues et la vitesses du vent en utilisant deux fréquences (bande Ku et C). L'instrument émet une onde radar qui est captée après réflexion sur la surface par une antenne parabolique de de diamètre. La fréquence des signaux est et alterne émission en et en (séquence : Ku, C, Ku). L'instrument est fourni par le CNES.

Radiomètre AMR