Sentinel-3 est une série de satellites d'observation de la Terre de l'Agence spatiale européenne développée dans le cadre du programme Copernicus. L'objectif du programme est de fournir aux pays européens des données complètes et actualisées leur permettant d'assurer le contrôle et la surveillance de l'environnement. Les satellites Sentinel-3 constituent une des composantes spatiales de ce programme qui comprend également notamment les Sentinel-1 (observation radar tout temps) et Sentinel-2 (observation optique haute résolution). Les Sentinel-3 doivent mesurer en particulier des grandeurs caractérisant les processus dynamiques affectant les océans : hauteur des vagues des océans, vitesse des vents, température des océans et leur couleur, reflet du processus de photosynthèse.
Le satellite Sentinel-3 d'une masse de emporte quatre instruments. Ils doivent, en configuration opérationnelle, circuler par paire sur une orbite héliosynchrone pour permettre un recueil des données avec une périodicité de 1 à 2 jours. La configuration opérationnelle comprend deux satellites. Les trois premiers satellites de la série ont été lancés en 2016, 2018 et 2026..
Contexte
vignette|droite|Logo des satellites Sentinel-3.
Les satellites Sentinel-3 font partie du programme Copernicus financé par l'Union européenne qui comprend d'une part un volet spatial géré par l'Agence spatiale européenne d'autre part différents instruments au sol recueillant des données au sol, le traitement des données ainsi que la restitution de celles-ci sous forme de services adaptés aux besoins des utilisateurs. L'objectif est de mettre à disposition des pays européens de manière normalisée et continue des informations sur le sol, les océans, le traitement de l'urgence, l'atmosphère, la sécurité et le changement climatique. Le programme est en cours de mise en place.
Le segment spatial du programme repose en 2015 sur les instruments de nombreux satellites européens aux caractéristiques hétérogènes dont le plus emblématique était ENVISAT qui a cessé ses opérations en 2012. Pour remplacer et normaliser le recueil des données l'Agence spatiale européenne a décidé de développer 7 familles de satellites ou d'instruments : les satellites Sentinel-1 doivent fournir une imagerie radar tout-temps, jour et nuit, à des fins d'observation du sol et des océans. Sentinel-1A a été lancé le et Sentinel-1B le . les satellites Sentinel-2 qui fournissent l'imagerie optique haute résolution permettant l'observation des sols (utilisation des sols, végétation, zones côtières, fleuves, etc.) ainsi que le traitement des situations d'urgence (catastrophes naturelles...). Sentinel-2A a été placé en orbite le et Sentinel-2B le . les satellites Sentinel-3 doivent fournir la hauteur des vagues et la vitesse du vent, des données optiques et altimétrique sur les océans et continents. Le premier satellite Sentinel-3A a été placé en orbite le et le second Sentinel-3B le . Sentinel-4 est constitué par des instruments embarqués comme charge utile sur les satellites météorologiques géostationnaires Météosat de Troisième Génération (MTG) de EUMETSAT. Ils fournissent des données sur la composition de l'atmosphère. Le premier satellite devrait être lancé en 2023 à bord de la fusée Ariane 6. Sentinel-5 : ces instruments fournissent également des données sur la composition de l'atmosphère. Ils doivent être embarqués comme charge utile sur les satellites météorologiques polaires MetOp-SG de deuxième génération (EPS-SG) développés par EUMETSAT. Le premier satellite devrait être lancé en 2021.
Objectifs
Au sein de la constellation Sentinel, les satellites Sentinel-3 doivent fournir les informations suivantes : fournir la hauteur des vagues et la vitesse du vent au-dessus des océans avec un niveau d'exactitude et de précision équivalent à ce que réalisait l'instrument RA-2 d'Envisat avec toutefois une extension des zones mesurées aux eaux côtières, à la glace de mer, aux rivières et à leurs affluents ainsi qu'aux lacs. déterminer la température des océans et des eaux côtières avec un niveau d'exactitude et de précision équivalent à celui de l'instrument AASTR d'Envisat soit 0,3 kelvin et avec une résolution spatiale inférieure au kilomètre. mesurer le rayonnement en lumière visible et en proche infrarouge des océans, îles, eaux côtières avec une précision spatiale inférieure à soit un niveau de performance équivalent à celui de l'instrument MERIS d'Envisat et avec une périodicité de visite de 2 à 3 jours pour les océans et de 1 à 2 pour les terres, la banquise et les glaciers. Ces performances doivent être équivalentes à celles des instruments MERIS et AATSR d'Envisat et à l'instrument Vegetation du satellite SPOT.
Caractéristiques techniques
Sentinel-3 est un satellite parallélépipédique de de long avec une section de dimension maximale de 2,2 x en position repliée. Sa masse au lancement est de dont d'hydrazine. Le satellite utilise une nouvelle plate-forme dérivée de celles des PRIMA de Thales Alenia Space également utilisée pour la série Sentinel-1. La plateforme est réalisée avec des panneaux en sandwich d'aluminium fixés sur une structure centrale de forme conique réalisée en polymère à renfort fibre de carbone. Hormis les roues de réaction, tous les équipements sont fixés sur les faces internes de l'enveloppe de la plateforme. La structure du satellite est modulaire et la charge utile est (sauf l’altimètre qui est encastré dans la plateforme) entièrement située dans un module externe fixé au sommet de la plateforme et de la structure conique qui reprend les efforts au lancement et dont la base porte le collier de fixation sur le lanceur. La structure modulaire permet d'effectuer son montage à part. Le satellite est stabilité 3 axes. La détermination de l'orientation est obtenue grâce à des viseurs d'étoiles multi-têtes complété par 8 capteurs solaires grossiers, de magnétomètres et un récepteur GPS à 24 canaux. Pour modifier son orientation, le satellite a recours à quatre roues de réaction, des magnéto-coupleurs pour désaturer celles-ci et à de petits propulseurs. Sentinel-3 utilise pour la première fois un gyroscope, baptisé SiREUS, reposant trois capteurs de types MEMS issus de l'industrie automobile et adaptés aux contraintes du spatial. Un rétro réflecteur laser un récepteur DORIS sont également utilisés pour déterminer la position qui est connue avec une précision de après retraitement des données collectées par l'ordinateur embarqué...
Le système propulsif utilisé pour les corrections d'orbite, la maintenance et l'insertion sur l'orbite de fin de vie est constitué par 8 petits moteurs-fusées organisés en deux sous-ensembles de quatre. Les moteurs-fusées brûlent de l'hydrazine stocké dans un réservoir sphérique d'une capacité de 128 kg mis sous pression par de l'hélium. La pression peut être modulée entre 5,5 et 22 bars ce qui permet aux propulseurs de fournir une poussée comprise entre 0,356 et 1,45 Newton avec une impulsion spécifique respective de 205 et 221 secondes. Les panneaux solaires sont constitués de 2772 cellules photovoltaïques à l'arséniure de gallium triple jonction et ont une superficie de . Les panneaux solaires sont assemblés en une aile unique déployée en orbite et dont l'axe est incliné de 30° par rapport au satellite pour optimiser l'exposition au Soleil. L'aile, orientable avec un degré de liberté, fournit en début de vie alors que la consommation moyenne est de 1,4 kW. L'énergie est stockée dans deux batteries lithium-ion d'une capacité de 168 ampères-heures. Pour stocker les données collectées le satellite dispose de deux mémoires de masse d'une capacité totale de 384 gigabits (une journée de données représente 170 gigabits). Une troisième unité de stockage de secours a une capacité de 192 gigabits. Les échanges de données se font en bande X avec un débit effectif de 2 x 280 mégabits par seconde. Les commandes et paramètres de fonctionnement du satellite sont transmis en bande S avec un débit de 64 kilobits pour la voie montante et de 1 mégabits pour la voie descendante. Le satellite est conçu pour une durée de vie minimale de 7,25 ans avec un objectif de 12 ans. Le contrôle thermique est assuré à la fois par des systèmes passifs (revêtements isolants) et actifs. Des résistances chauffantes maintiennent la température de certains équipements tandis qu'un circuit d'ammoniac évacue la chaleur excédentaire en utilisant des radiateurs situés sur les faces du satellite tournés ni vers la Terre ni vers le Soleil.
Instruments scientifiques +Synthèse des caractéristiques des principaux instruments Instrument Type Principales caractéristiques Résolution Masse Fournisseur principalOLCI Spectromètre imageur 21 bandes spectrales entre 400 et 1020 nm Fauchée : 1 270 kmRésolution spatiale : 300 mètresRésolution spectrale : 1,25 nm 150 kg Thales Alenia Space (Espagne) SLSTR Radiomètre imageur Fauchée : entre 740 et 1 400 kmRésolution spatiale : entre 0,4 et 1 km 150 kg Selex Galileo (Italie) SRAL Radar altimètre Bande C et Ku Fauchée : ?Précision altimétrique : 3 cm 62 kg Thales Alenia Space (Toulouse) OLCI
OLCI (Ocean and Land Color Instrument) est un instrument optique destiné à mesurer dans différentes bandes spectrales (appelées plus communément dans le contexte couleurs) des océans et des Terres émergées pour assurer notamment une surveillance de l’état des océans (courant, vie marine…) et des zones côtières (pollution, courant…). Cet instrument permettra une meilleure prévision des changements et une meilleure gestion de ses ressources. C’est une version évoluée du spectromètre imageur MERIS qui volait sur le satellite d'observation de la Terre européen Envisat. Il assure donc la continuité des données, avec cependant, des performances supérieures. Il en aura la même résolution () mais sa fauchée est plus large () et il est capable de distinguer 21 couleurs , contre 15 pour MERIS. Au-dessus des Terres, ces données permettront aux scientifiques de déterminer des paramètres géophysiques de la surface, de classifier des zones (par exemple forêt, désert, zone brûlée, cultivée, inondée etc.) et d'en surveiller leur étendue et leur évolution. Au-dessus des mers, la mesure de la couleur permet de déterminer la présence de certains constituants, comme la concentration en plancton, la présence de chlorophylle dans l'eau, le transport de sédiments, la présence de pollution et d'autres paramètres encore..
OLCI est un spectromètre imageur avec un champ de vue qui s'étend sur 68,6 degrés, transversalement à la trace au sol du satellite. Il est couvert par 5 caméras élémentaires qui sont disposées en éventail dans un plan vertical perpendiculaire au vecteur vitesse du satellite (à la direction de déplacement du satellite). Chaque caméra à un champ de vue de 14,2 degrés.Les 6 bandes supplémentaires d’OLCI, réparties dans toute la bande spectrale entre 390 et 1040 nm, permettront d’améliorer la qualité des mesures en apportant des corrections atmosphériques plus fines. À la différence de MERIS, le champ de vue d’OLCI est décalé vers l’ouest de 12,6 degrés de façon à éviter les phénomènes de réflexion du Soleil sur la mer, qui perturbent beaucoup les images d’Envisat.
SLSTR