MetOp

MetOp (abréviation de ) est la première famille de satellites météorologiques européens placés en orbite héliosynchrone. Ils sont développés conjointement par l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'agence européenne météorologique EUMETSAT et fabriqués par la société EADS Astrium Satellites devenu par la suite Airbus DS. La mission principale de ces satellites est la météorologie opérationnelle. Mais, ayant été aussi conçus pour succéder aux satellites ERS, ils apportent également des contributions substantielles dans le domaine de la climatologie, l'océanographie, la surveillance des glaces et l'étude de la chimie de l'atmosphère. Ces gros satellites de plus de embarquent onze instruments de mesure dont le capteur IASI élaboré par le CNES et réalisé par Alcatel Space dans l'établissement de Cannes. Trois satellites sont construits : MetOp-A placé en orbite en 2006, MetOp-B en 2012 et MetOp-C en 2018. Ils sont progressivement remplacés durant la décennie 2020 par les satellites MetOp-SG dont le premier exemplaire est placé en orbite en 2025.

Contexte : Le monopole américain des satellites météorologiques polaires

En 1960 les États-Unis lancent le premier satellite météorologique TIROS-1. Au cours des décennies suivantes, les agences américaines de la NOAA et la NASA maintiennent sur l'orbite polaire des satellites météorologiquesPar opposition au satellite géostationnaire fixe au-dessus de la Terre, le satellite polaire est également appelé satellite à défilement de la famille TIROS. A compter de 1978 la France et le Royaume-Uni se joignent au projet (le développement des satellites est toujours réalisé par la NASA) dans le cadre du programme POES (). Le premier satellite de ce programme est Tiros-N lancé en 1978. Quatre satellites polaires opérationnels sont constamment maintenus en orbite dans quatre plans orbitaux : deux satellites météorologiques militaires DMSP effectuant leur survol le matin et dans l'après-midi et deux satellites POES effectuant des survols en mi-matinée et dans l'après-midi. Depuis le lancement de Tiros-1, les États-Unis mettent à disposition de toute la communauté météorologique mondiale les données collectés par ses satellites météorologiques sans demander de contributions financières. L'Europe a envisagé de disposer de ses propres satellites météorologiques polaires mais a décidé de privilégier le développement de satellites météorologiques géostationnaires (Météosat) dont le premier exemplaire est lancé en 1977.

Historique

Lancement du projet MetOp

Au début des années 1990, l'Europe décide d'apporter sa contribution à la collecte des données météorologiques depuis l'orbite polaire. La projet de développement de satellites météorologiques polaires européens, baptisés MetOp (), est approuvé en même temps que celui de trois satellites météorologiques géostationnaires Météosat seconde génération au cours du conseil des ministres de l'Agence spatiale européenne qui se tient à Grenade (Espagne) en 1992. La construction de trois satellites par l'Agence spatiale européenne est formellement lancée en 1998 et est suivif de peu par la création du programme EPS d'EUMETSAT (EUMETSAT Polar System) : l'agence spatiale a la responsabilité de la construction et du lancement des satellites tandis que EUMETSAT doit en assurer l'exploitation une fois ceux-ci en orbite. La conception et la construction du premier satellite MetOp-1 est un programme facultatif de l'agence spatiale auquel seuls 11 de ses membres souscrivent (Autriche, Belgique, Dannemark, Finlande, France, Allemagne, Pays-Bas, Norvège, Espagne, Suède, Suisse, Royaume-Uni). La construction des deux autres satellites ainsi que la conception et la réalisation du segment sol sont financés par le programme EPS (donc par les membres d'EUMETSAT) qui apportent par ailleurs 36 % du budget de MetOp-1.

Mise en place de la coopération entre les États-Unis et l'Europe

Les États-Unis lancent en 1994 le programme NPOESS dont l'objectif est de fusionner ses programmes de satellites météorologiques polaires civils et militaires (ce programme après de nombreux déboires sera annulé en 2010 sans avoir débouché). Deux mois après la création par l'Europe du programme EPS qui initie l'infrastructure autour de ses satellites météorologiques polaires, la NOAA, poursuivant la politique antérieure de coopération, signe avec EUMETSAT l'accord IJPS (Qu'il ne faut pas confondre avec les satellites développés dans les années 2010.) qui permet l’échange de données entre les deux parties . Cet accord prévoit de maintenir des satellites météorologiques polaires dans trois plans orbitaux. Deux de ces plans orbitaux seront occupés par des satellites américains qui effectueront des survols respectivement le matin et l'après midi (heure locale) tandis que les satellites européens effectueront les survols à mi-matinée ( heure locale).

Choix d'architecture des satellites MetOp

À l’origine, les satellites devaient répondre à des objectifs beaucoup plus larges que ceux pris en charge au final : baptisés à l'époque POEM (), ils devaient d'une part remplir les mêmes objectifs que les satellites météorologiques à défilement américains et d'autre part remplacer les satellites d'observation de la Terre européens ERS arrivant en fin de vie. Mais en 1992 le conseil ministériel de l'Agence spatiale européenne décide d'en faire deux programmes distincts : d'une part EPS (EUMETSAT Polar System) et d'autre part Envisat chargé de reprendre les objectifs des satellites ERS« History of MetOp », ESA.

Les trois satellites MetOp commandés ont une durée de vie unitaire théorique de et compte tenu des périodes de recouvrement, ils doivent assurer une couverture des besoins durant . Leurs caractéristiques les plus importantes (en comparaison avec les satellites de la NOAA) sont les suivantes : Emport de quatre nouveaux instruments (ASCAT, IASI, GOME-2, GRAS) développés par des contributeurs européens et emport d'instruments mis en œuvre par les satellites de la NOAA (AVHRR, HIRS, AMSU-A1/A2, SEM). Liaison numérique directe à bas débit en VHF remplaçant un système analogique Enregistrement continu des données qui sont transférées à chaque orbite lors du survol d'une station terrienne située sur une latitude élevée garantissant la mise à disposition des informations exploitables après leur collecte. Précision de pointage et stabilité de l'orbite élevée permettant que les données soient géolocalisées sans avoir à identifier des repères terrestres sur les images. Cryptage sélectif des données pour répondre aux exigences commerciales et de confidentialité d'EUMETSAT et du gouvernement américain.

Construction et lancement du premier satellite MetOp-1 (1999-2006)

La construction des satellites est confiée en 1999 à la société Matra Marconi devenue en 2000 EADS Astrium Satellites (aujourd'hui Airbus DS) pour un montant de d'euros. Le contrat de lancement des satellites par des fusées russes Soyouz est signé avec la société Starsem en 2000 Initialement le lancement du premier satellite de la série MetOp-1 était prévu mi-2003. Mais dès le début le développement de deux des nouveaux instruments - IASI et GOME-2 - prend du retard. Ce délai ainsi que des problèmes rencontrés dans la réalisation du segment sol repoussent la mise en orbite du premier satellite à mi-2006. Les tests du premier satellite MetOp-1 sont réalisés avec des instruments qui, en partie, ne sont pas des versions qualifiés pour voler. Aussi est-il placé en stockage long terme à l'achèvement de ses tests mi-2004. Le deuxième exemplaire MetOp est lui assemblé avec des instruments qualifiés pour le vol. Ses tests s'achèvent mi-2025 et c'est cet exemplaire qui est retenu pour devenir le premier satellite opérationnel de la série (MetOp-A). Mais on lancement ne se passe pas sans difficultés. Après trois tentatives de tir entre les 17 et , son lanceur Soyouz doit réintégrer le bâtiment d'assemblage. Le lancement a finalement lieu le .

Objectifs

Les objectifs des missions MetOp dans le domaine de la météorologie opérationnelle sont les suivants : Fournir par sondage la température et le taux d'humidité de l'atmosphère dans les trois dimensions pour alimenter les modèles opérationnels de prévision météorologique. Fournir des images des nuages pour les applications de prévision, la détermination des températures de surface de la mer et du bilan radiatif. Contribuer au sondage précédant en identifiant les zones sans nuages. Collecte et localisation des données : contribuer aux objectifs de l'Organisation météorologique mondiale en recevant et diffusant les mesures in situ effectuée par des bouées océaniques et des plateformes de collecte similaires. Alimenter le système mondial de prévision : principalement pour soutenir les prévisions météorologiques à l’échelle mondiale en fournissant des données portant sur l'ensemble de la planète aux services météorologiques dans les et suivant l’observation. Alimenter les systèmes régionaux de prévision (protocoles AHRPT et LRPT) : soutenir les prévisions météorologiques régionales en fournissant des données aux stations de réception locales lorsque le satellite est visible.

Les contributions de la mission de surveillance climatique(pour GCOS) comprennent : Images et sonorités Mesures océaniques (y compris les contraintes de surface et les vents) Bilan radiatif des nuages et de la Terre : Le rayonnement est la principale source d’énergie du système climatique et la principale source d’apport de chaleur aux océans. Données sur la banquise : L'étendue de la banquise est une variable importante liée au bilan thermique et radiatif des océans. Constituants mineurs de l'atmosphère : la réduction de la couche d'ozone stratosphérique souligne l'importance de disposer d'un ensemble de données continu portant sur le taux d'ozone à l'échelle planétaire (profils verticaux et horizontaux). Estimation des précipitations.

Les objectifs dans le domaine des sciences de la Terre doivent permettre à la communauté scientifique européenne de faire progresser les recherches dans les domaines suivants : Physique atmosphérique : chimie, rayonnement et bilan énergétique, nuages Océanographie : circulation océanique générale et flux de chaleur, de quantité de mouvement et de gaz ; modélisation Hydrologie : cycle de l'eau, neige continentale et glaciers de montagne, couverture terrestre, humidité du sol, végétation Cryosphère : glace de mer, glace continentale, modélisation.

Les missions de surveillance de MetOp sont : En matière d'environnement : lutte contre la pollution, catastrophes naturelles, ressources renouvelables Dans le domaine maritime : surveillance des activités en mer, routage des navires, pêche, navigation dans les zones où des icebergs sont présents.

Caractéristiques techniques

Plateforme / bus

Le satellite MEtOp est constitué de deux sous-ensembles largement indépendants. Le module de service SVM (Service Module) fournit l'essentiel des fonctions de support telles que le contrôle d'attitude et d'orbite, la propulsion et le système de gestion et de distribution des données. Le module SVM repose sur la plateforme SPOT de troisième génération également utilisée pour les satellites ERS-1 et 2 ainsi que les satellites Helios-1A et 1C. SVM a la forme d'un parallélépipède rectangle situé à la base du satellite et assurant l'interface avec le lanceur spatial. SVM a une masse de dont pour les panneaux solaires. Le deuxième sous-ensemble fixé au-dessus de SVM et également de forme rectangulaire est le PLM (Payload Module). Celui-ci fournit les fonctions de support aux instruments (circulation des données, énergie, communications) et les différents instruments sont fixés sur la partie externe de ses panneaux. PLM a une masse de dont pour les ergols auxquels s'ajoutent pour les instruments.