. plus généralement désigné par son acronyme TIROS (.Ils sont aussi désignés sous le nom de Satellites d'observation télévision infrarouge dans ) est un programme de satellites d'observation météorologiques développés par la NASA qui regroupe plusieurs séries aux capacités croissantes dont le lancement s'échelonne entre 1960 et 2009.

TIROS-1, placé sur une orbite basse le depuis la base de lancement de Cap Canaveral à l'aide du lanceur Thor, est le premier satellite météorologique placé dans l'espace. Équipé de deux caméras de télévision permettant d'envoyer des images des nuages vers une station terrienne, il démontre l'apport d'un engin spatial dans le domaine de la météorologie malgré la brièveté de son fonctionnement, soit de . TIROS-1 est le premier exemplaire d'une série de dix satellites expérimentaux lancés entre 1960 et 1965.

Il est suivi par la série des satellites ESSA ( lancés entre 1966 et 1968) qui constituent les premiers satellites météorologiques opérationnels mais dont les caractéristiques sont très proches (, stabilisés par rotation). Leur succèdent les satellites NOAA ITOS ou TIROS-M ( lancés entre 1970 et 1976) de masse proche mais stabilisés sur . Les satellites TIROS-N ( lancés entre 1978 et 1981) ont une masse deux fois plus importante et sont dérivés des satellites météorologiques militaires américains DMSP (). Les satellites TIROS-N Avancés ( lancés entre 1983 et 2009) sont caractérisés par une suite d'instruments beaucoup plus riche.

Le programme TIROS est remplacé par le programme dont le premier exemplaire est placé en orbite en 2017.

Au fil des séries les caractéristiques des satellites évoluent fortement. Les premiers satellites de la série expérimentale sont lancés sur une orbite basse à faible inclinaison orbitale. Le satellite est alors en rotation rapide axiale, a une masse d'environ et il emporte uniquement deux caméras. La dernière série du programme (les satellites TIROS-N Avancés) ont une masse de et emportent une suite de huit instruments comprenant des radiomètres, des sondeurs infrarouge et micro-ondes, instrument de mesure de l'énergie solaire, détecteurs de protons et équipement de recherche et sauvetage. Ces derniers satellites circulent sur une orbite héliosynchrone et stabilisés sur .

Contexte

Au milieu du , les météorologues prennent conscience que le climat ne résulte pas seulement des conditions atmosphériques locales mais également de phénomènes qui s'étendent sur de grandes distances. Pour déterminer l'évolution du temps il devient nécessaire de collecter des données climatiques sur des portions de plus en plus importantes de la surface de la Terre et à des altitudes de plus en plus élevées. Les équipements utilisés pour sonder l'atmosphère sont embarqués à bord de cerfs-volants et de ballons. Mais les données recueillies de cette manière ne permettent de répondre qu'à des besoins locaux et immédiats. Le développement de la météorologie à l'échelle synoptique (étude des phénomènes météorologiques s'étendant sur de vastes portions de la surface de la planète), entraîne une densification des relevés effectués. Un réseau de stations météorologiques se met en place à cette époque. Les données sont transmises à l'aide du télégraphe électrique dont l'usage s'est généralisé au cours de la décennie 1850.

Au début du , les ballons deviennent le principal outil utilisé par les scientifiques pour effectuer des recherches sur la haute atmosphère. Des chercheurs français découvrent au cours de ces vols la stratosphère dont l'existence démontre que l'atmosphère terrestre est composée d'au moins deux couches superposées. Cette découverte entraîne l'abandon de la théorie selon laquelle l'atmosphère terrestre serait constituée d'une enveloppe gazeuse simple. Au cours de la Première Guerre mondiale des chercheurs norvégiens exploitent des données recueillies par des ballons et développent les techniques d'analyse météorologique s'appuyant sur les masses d'air et les fronts. Durant ce conflit, les observations effectuées à l'aide de cerfs-volants et de ballons sont progressivement renforcées par l'utilisation des avions qui permettent d'effectuer des relevés jusqu'à une altitude de 3 à 4 kilomètres et dont les résultats présentent l'avantage d'être presque immédiatement disponibles. Cette nouvelle technique permet d'éliminer la récupération des instruments accrochés aux ballons qui nécessite parfois de parcourir des dizaines de kilomètres. Mais les mesures dans la stratosphère ne peuvent être réalisées par les avions des années 1920 et les instruments emportés par des ballons restent la principale source d'information pour cette partie de l'atmosphère.

La mise au point dans les années 1930 d'instruments permettant de transmettre les données par radio (radiosonde) ouvre la voie aux observations régulières de la stratosphère qui sont effectuées par des stations sur l'ensemble du globe. La montée en puissance de l'aviation commerciale et militaire entre les deux guerres ajoute de nouvelles responsabilités aux services météorologiques. Ceux-ci ont besoin d'informations actualisées et fiables. La Seconde Guerre mondiale accroît encore l'importance des prévisions météorologiques. Les forces aériennes et le transport maritime, qui jouent un rôle central dans le conflit, dépendent fortement de la fiabilité de ces prévisions. Par exemple, les météorologues jouent un rôle important dans la planification du débarquement de Normandie le .

À la fin du conflit, l'analyse globale du climat a fait de grands progrès aux États-Unis mais il reste encore beaucoup à faire pour que les prévisions météorologiques à l'échelle de la planète deviennent une réalité. Pour acquérir les données nécessaires au-dessus des océans, qui contribuent de manière particulièrement importante au développement des phénomènes météorologiques, il est nécessaire de collecter des données in situ à l'aide des bateaux situés en mer. Ces données sont recueillies dans un premier temps par les équipages des cargos et des paquebots puis par des navires spécialisés, des bouées et des avions. La radio et le radar permettent d'ouvrir au moins partiellement la météorologie à l'analyse météorologique. Il subsiste toutefois de grandes régions pour lesquelles on ne dispose de peu ou pratiquement aucune information : une grande partie des océans, des régions désertiques et des jungles, les calottes polaires et d'autres régions éparpillées. En 1957, on estimait que seulement 5 % de la surface de la planète faisait l'objet de recueil de données météorologiques continues.

Historique

Premières photos de la Terre vue de l'espace

Le recours à un satellite artificiel pour effectuer des observations météorologiques est évoqué pour la première fois dans un rapport classifié de la RAND Corporation préparé en 1951 pour une commission du Sénat américain. Mais c'est un article de Harry Wexler publié en et intitulé () qui évoque pour la première fois l'apport d'un engin placé dans l'espace (en particulier pour le suivi des tempêtes) et précise ses caractéristiques idéales : Son altitude doit permettre d'avoir une vue quasi instantanée de l'ensemble de l'Amérique du Nord mais elle ne doit pas être trop élevée pour permettre d'identifier la topographie au sol. Il doit couvrir l'ensemble de la face éclairée de la Terre au moins une fois par jour. Les systèmes nuageux doivent être survolés au moins une fois toutes les pour permettre de suivre l'évolution des tempêtes. Son déplacement doit se faire vers l'ouest pour détecter rapidement les nouvelles tempêtes qui se déplacent généralement de l'ouest vers l'est.

À la fin de la décennie 1940 et au début des années 1950, des instruments permettant d'étudier les couches supérieures de l'atmosphère sont lancés à très haute altitude (110 à ) avec des fusées (missiles V-2 recyclés et fusées-sondes Viking) qui décollent depuis le Polygone d'essais de missile de White Sands, Nouveau-Mexique. Des caméras placées dans le cône de ces fusées parviennent à effectuer les premières photos de nuages prises à haute altitude. Ces expériences débouchent sur un premier concept de satellite d'observation de la Terre baptisé MOUSE (). Ce projet de satellite stabilisé par rotation et de la taille d'un ballon de basket-ball inspire largement par la suite le programme TIROS. En 1954, une fusée-sonde Aerobee lancée depuis le sud-ouest des États-Unis prend des photos d'une tempête sur le golfe du Mexique qui révèlent des formes de nuages jusque là jamais observées qui permettent d'expliquer certaines précipitations mesurées par les stations terriennes. Cette découverte démontre l'apport des photos prises à très haute altitude.

Début de l'ère spatiale

Comme tout nouveau concept, la réalisation d'un satellite destiné à la météorologie rencontre des résistances à la fois de la part des météorologues qui considèrent qu'il est préférable d'investir dans d'autres domaines et de la part de l'association professionnelle qui les réunit l'. À compter de 1954, des chercheurs commencent à publier des articles discutant de la faisabilité d'un satellite météorologique et des capteurs multi-fréquences qu'il est nécessaire de développer. Des études théoriques sont menées à compter de 1956 par le U.S. Weather Bureau, le (AFRL), l'université d'État de Floride, et l'observatoire Blue Hill de l'université Harvard pour mesurer l'impact de satellites météorologiques sur l'analyse météorologique et les moyens de d'utiliser et de distribuer les données collectées. Le concept, qui ne relève plus de la science-fiction, gagne en crédibilité. Les débuts de l'ère spatiale sont posés lorsque le représentant des États-Unis annonce en 1955 que son pays lancera un satellite artificiel dans le cadre de l'Année géophysique internationale organisée en 1957-1958. Pour répondre à cet objectif, les États-Unis décident de développer un lanceur civil dans le cadre du programme Vanguard à vocation scientifique. La charge utile des premiers satellites doit être constitué d'instruments d'aéronomie (étude de la haute atmosphère) et de la météorologie. Mais le lanceur Vanguard, trop sophistiqué, rencontre des problèmes de mise au point ce qui permet à l'équipe dirigée par Wernher von Braun de lancer le premier satellite artificiel américain, , le , en utilisant un lanceur Jupiter C, un missile à courte portée modifié. Le premier satellite, aux objectifs partiellement météorologiques est Vanguard 2. À cette époque, le programme spatial en genèse est largement élaboré au sein de laboratoires militaires. Les chercheurs qui conçoivent Vanguard 2 font ainsi partie du Signal Corps Laboratories, un laboratoire du service des télécommunications de l'Armée de Terre américaine et de l' (AFRL) service de recherche de l'Armée de l'Air. Vanguard 2 est un satellite de qui emporte un radiomètre. Celui-ci permet de prendre une image ligne par ligne en exploitant la rotation du satellite. Mais le satellite, lancé en orbite le , est mal équilibré, et au lieu d'être animé d'un mouvement de rotation uniforme, il oscille rendant les images prises inexploitables. , qui est lancé le , collecte pour la première fois des données intéressant la météorologie. Il effectue la première mesure du bilan radiatif de la Terre.

Genèse du premier satellite météorologique TIROS-1