PROBA-V, l'instrument Vegetation & le demonstrateur EPT

Transcription

1 PROBA-V, l'instrument Vegetation & le demonstrateur EPT En Belgique, au sein des activités spatiales, une place très importante est accordée à la plateforme de satellite «PROBA». C est grâce notamment, au programme de développement technologique de l'esa, le GSTP, qu a été rendu possible le développement et le lancement, en octobre 2001, du premier satellite de fabrication belge «Proba-1» ( PRoject for On-Board Autonomy). Il s'agit d'un satellite hyper moderne aux proportions modestes. Ainsi en 2002, grâce à ce satellite, des technologies spatiales ont pu être démontrées grâce aux instruments embarqués, et plus particulièrement les générateurs d'images CHRIS (caméra de 18 mètres de résolution) et HRC (High Resolution Camera qui est une caméra compacte donnant des images en noir et blanc de 5 mètres de résolution). Actuellement le satellite, dont la durée de vie prévue était de 1 an, remplis toujours ses objectifs opérationnels d'observation de la terre, ce qui peut être considéré comme un véritable succès. Ses coûts d'exploitation sont, par ailleurs, supportés par le programme d'observation de la terre de l'esa. Un deuxième satellite de cette série, Proba-2, a également été développé dans le cadre du programme GSTP. Outre la plateforme, les instruments à bord SWAP (nouveau type de capteurs pour un télescope spatial fonctionnant dans l ultraviolet lointain) et LYRA (un radiomètre Lyman- Alpha composé de photodiodes en diamant, et qui doit permettre d étudier le rayonnement solaire) sont également de fabrication belge. Ces deux instruments sont destinés à l'observation du soleil. Proba-2 a été lancé fin de l'année 2009 et répond à nouveau à toutes les attentes, ses opérations et les coûts d'exploitation correspondants sont quant à eux supportés par le directorat scientifique. Quant au troisième satellite Proba, Proba-V (où V correspond à Végétation) toujours développé dans le cadre du programme GSTP de l ESA, il assurera le suivi de l'instrument Végétation à bord des satellites SPOT-4 et SPOT-5 (qui arrive en fin de vie), pour lesquels le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) analyse et archive déjà les données. A la fin du cycle de vie des satellites SPOT, en 2014, PROBA-V sera le seul satellite Européen qui assumera la cartographie de la végétation mondiale. Ceci dans le but d'assurer la continuité de l'initiative VEGETATION, qui est à la fois portée par la Belqique, la France, la Suède et la Commission européenne. Par analogie à ce qui s'est fait pour Proba-1 et Proba-2, les opérations de cette mission ainsi que les coûts d'exploitation seront couverts par le directorat ESA adéquat, à savoir celui responsable de l'observation de la terre. PROBA-V sera la première mission PROBA qui assurera un service 100% opérationnel, ou les données devront donc être garanties au jour le jour pour l'utilisateur et ce, sans exceptions. Ceci engendre des exigences supplémentaires par rapport à une mission de démonstration technologique pure, comme par exemple, une station sol peaufinée ou le débit de données importantes doit être sauvegardé continuellement et systématiquement ainsi que traité et distribué envers les utilisateurs. Par ailleurs, la sélection d'un lancement dédié, dans lequel PROBA-V est le passager principal, c'est avéré nécessaire afin de répondre à l'orbite requise, à la précision de lancement ainsi que une date de lancement déterminée.

2 Le développement de PROBA-V comme successeur des satellites SPOT-4 et -5 lancé en 1998 et 2002 est dans tous les sens du terme une vrai démonstration technologique des capacités Belges. Ainsi, le poids de l'instrument végétation à bord de PROBA-V est de seulement 25kg et la consommation de 30W, comparé aux 152kg et aux 200W de son prédécesseur. Parmi les réussites technologiques qui ont rendu cela possible, il faut citer: Le know-how acquis en partenariat avec l'esa concernant les plateformes et le software satellitaire à la fois chez QinetiQ Space (Kruibeke) et Spacebel (Hoeilaart & Liège); L'expertise d'instruments acquise par OIP (Oudenaarde) à travers différentes missions ESA, et notamment les développements pour la mission ESA VENUS-EXPRESS; Le développement de détecteurs non-refroidis SWIR InGaAs chez XenICs (Louvain), qui permettent une utilisation sans système de refroidissement massif; Le développement de techniques de fabrication "Single Point Diamond Turning" extrêmement précis, qui permettent de remplacer les télescopes classiques et très encombrant par une combinaison de réflecteurs optiques complexe mais beaucoup plus compact. L'expertise acquise de VITO (Mol) dans le domaine de la calibration à l'aide de particularités naturelles ou artificielles de la terre, qui rendent un système de calibration interne superflu; L'expertise également acquise par le VITO pour le traitement et la correction d'images fortement déformés, qui rendent possible l'utilisation du design optique sélectionné. Het Proba platform is een van oorsprong technologisch demonstratie-platform. Naast het hoofdinstrument, het Vegetatie-instrument, zal ook Proba-V bijkomende technologiedemonstraties aan boord hebben die stuk voor stuk nieuwe technieken en technologieën in de ruimte dienen te demonstreren. Het betreft vijf additionele nuttige ladingen afkomst uit heel Europa. Eén van deze vijf demonstraties is afkomstig uit België, de Energetic Particle Telescope (EPT). Dit instrument zal de ruimtestraling monitoren met een hogere precisie dan ooit tevoren en is ontwikkeld door QinetiQ Space in opdracht van het Centre for Space Radiations van de Université Catholique de Louvain en het BIRA (Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie).

3 Le lanceur Vega Le lanceur Vega a été conçu pour compléter la famille des lanceurs européens déjà disponibles en Guyane française, à savoir le lanceur lourd Ariane-5, et le lanceur de catégorie moyenne Soyouz. Vega est un véhicule à quatre étages, dont les trois premiers sont à propergol solide, est avant tout dimensionné pour placer des charges utiles d un poids maximal de 1500 kg sur des orbites polaires terrestres basses à une altitude de 700 km. Son principal objectif est de doter l Europe d un lanceur sûr, fiable, compétitif et efficace, destiné à l emport de charges utiles scientifiques et d observation de la Terre. Vega pourra effectuer une vaste gamme de missions (avec une capacité d emport comprise entre 300 kg et 2500 kg) vers une grande variété d orbites, depuis les orbites équatoriales jusqu aux orbites héliosynchrones. Il pourra également emporter une ou plusieurs charges utiles en fonction des besoins des missions. Le développement de ce lanceur a été conduit par l ESA et ses partenaires industriels, avec le soutien des agences spatiales italienne (ASI) et française (CNES). Sept États membres de l ESA, à savoir la Belgique, l Espagne, la France, l Italie, les Pays-Bas, la Suède et la Suisse ont contribué au programme. Le vol de qualification a eu lieu le 13 février Par la suite, la cadence de lancement devrait être de deux missions par an.

4 Le Programme d accompagnement de recherche et technologie VERTA Le programme VERTA a été approuvé en décembre 2005 par le Conseil ministériel de l ESA réuni à Berlin. Ce programme vise à soutenir et à mener à bon terme l exploitation initiale du système de lancement Vega. Avec deux vols par an au minimum, le programme permettra une transition en douceur vers l exploitation commerciale de Vega. Il comprend 3 éléments: l approvisionnement de cinq lancements de Vega pour le compte de l ESA, de façon à s assurer que la phase d exploitation initiale repose sur une cadence de lancements d au moins deux vols par an. Le lancement du satellite Proba-V s effectue dans le cadre d un vol VERTA ; Un programme de l amélioration de service à la clientèle qui doit permettre de développer la technologie nécessaire pour les lancements multiples; Un accompagnement de la production et des activités technologiques permettant de tester la conformité des composants produits et de qualifier de nouvelles technologies afin de prévenir les obsolescences. Vega VV02 est le premier de cinq vols programmés dans le cadre du programme VERTA. Il a comme objectif de qualifier toutes les modifications effectuées suite au vol de qualification et plus particulièrement le nouveau logiciel ainsi que l adaptateur VESPA qui permettra à Vega de procéder à des lancements multiple. Il placera en orbite le satellite Proba-V (passager principal), le satellite VNREDSAT (acronyme anglais de «satellite de surveillance des catastrophes, de l environnement et des ressources naturelles du Vietnam») construit par Astrium pour le compte du gouvernement vietnamien ainsi qu un CubeSat estonien ESTCube-1. Le Centre Spatial Guyanais Tout comme Ariane-5 et Soyouz, l exploitation de Vega a lieu au Centre spatial guyanais (CSG). Le CSG est le port spatial de l Europe. Il est situé près de l équateur, à Kourou, en Guyane française, ce qui lui confère la qualité de meilleure infrastructure de lancement au monde. En effet, la proximité de l'équateur (5,3 de latitude Nord) permet aux lanceurs de bénéficier au maximum de l'effet de fronde (énergie fournie par la vitesse de rotation de la terre autour de l'axe des pôles) ; cet effet procure au lanceur un complément de vitesse de l'ordre de 460 m/s. Cette latitude est donc idéale pour placer en orbite les satellites géostationnaires qui constituent la majorité de la clientèle commerciale d'arianespace. Le pas de tir Vega occupe l ancien site ELA-1, jadis dévolu aux fusées Ariane 1 et mis hors service en Le contrôle de la mission est assuré depuis le bâtiment Jupiter qui assure déjà les lancements Ariane et Soyouz.

5 Contribution de la Belgique au lanceur VEGA La Belgique est très bien placée au rang des contributeurs dans les programmes VEGA et VERTA. Elle est la troisième contributrice pour le développement de lanceur VEGA et la quatrième pour le programme VERTA. Le retour industriel belge a, par ailleurs, été largement assuré au travers, notamment, du programme P80 qui a comme objectif le développement du premier étage à propulsion solide de ce nouveau lanceur. En effet, au niveau du lanceur, la SABCA a pris la responsabilité complète du développement, de la qualification et de la fabrication de la structure inférieure cylindrique du lanceur, ainsi que d un système électromécanique (TVC) d orientation de la tuyère de chaque moteur des quatre étages du lanceur. SPACEBEL, nouvel acteur belge dans les lanceurs, a quant à elle apporté son expertise et son soutien à l'italie dans le développement de la deuxième source du logiciel de bord qui sera validé lors de ce vol et qui pilotera le lanceur. Spacebel est également responsable du logiciel de simulation destiné à vérifier et à valider les différentes fonctions du logiciel de bord. Au niveau du segment sol, Axima a mis en place l'air conditionné de la "salle" dite belge du pas de tir.

6

7 Redu, centre de "Telemetry, Tracking & Command" The main satellite control is in Redu, Belgium. All commanding and housekeeping data transmission is handled there. The Redu station has its own ground antennas for communication. For the early mission phases (mainly the day of launch and during in orbit commissioning) an additional ground station in Svalbard is used for extra coverage. Given the orbit of the satellite it is visible from Redu for about 5 times per day. The Svalbard station is located close to the North Pole and can provide a contact to the satellite almost every orbit. The other segment handles the science data coming from the vegetation instrument. This is performed through an X-band communication system, allowing higher data rates. For reception of this data a station in Kiruna is used. This data is afterwards transferred to the user segment at VITO, where further data processing takes place. After all levels of processing involved, the final vegetation data products are made available to the user community. X-band downlink S-band uplink / downlink S-band uplink / downlink Data reception station at Kiruna Svalbard ground station Redu ground station VITO Mol User Segment Vegetation instrument requests Redu Mission Control Centre The mission control centre in Redu is automated to a large extend. Communication and health checks with the spacecraft are performed by an automated system, only needing operator intervention in special or off-nominal cases. In the routine phase of the mission, the user segment will be sending the specific vegetation instrument requests (such as instrument configuration adjustments or calibration requests) through a dedicated interface with the MCC. These are then automatically processed and uplinked to the spacecraft.

8

9 Le Centre de Traitement d'images CvB En vertu de l'accord de partenariat relatif au programme VEGETATION signé le 25 mai 1994 entre le SSTC (l'ancien nom de BELSPO), la Commission européenne, le CNES (France), SNSB (Suède) et ASI (Italie), la Belgique est responsable du Centre de Traitement d'images VEGETATION (CTIV), l'installation qui gère en exclusivité le traitement, l'archivage et la distribution des produits VEGETATION. Le CTIV est implanté au VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) à Mol. Le 1er janvier 2007, le VITO est devenu l'unique distributeur des produits VGT. Après le lancement de SPOT 5, le Conseil des Ministres a décidé d'étendre le CTIV pour en faire un Centre de Traitement d'images (CvB). Concrètement, de manière à mieux rentabiliser les investissements en infrastructure et le développement de l'expertise opérationnelle tout en rendant le système de traitement d'images moins dépendant d'un produit spécifique, l'infrastructure a été adaptée pour permettre le traitement et l'archivage d'images fournies par d'autres capteurs. Cette adaptation a aussi été réalisée en vue de la future mission PROBA V. Grâce au CvB, la Belgique s'est forgée au cours des 15 dernières années une réputation mondiale enviable dans le domaine du traitement opérationnel d'images satellitaires. Le CTIV est aussi l'unique entité opérationnelle dédiée au traitement quasi en temps réel d'images de faible résolution en Europe. Grâce à l'expertise acquise au sein du CTIV, le VITO pourrait se développer en un centre de traitement et d'archivage d'autres types de données d'observation de la terre. Un tel ensemble de services réuni au sein d'une seule organisation est unique en Europe et contribue de manière significative à la visibilité de la Belgique comme acteur majeur dans le domaine de l'observation de la Terre. Après le lancement de PROBA V, le VITO garantira la phase de recette en vol. Cela implique les tests et les contrôles des performances de l'entièreté du segment "utilisateur" durant un certain nombre de mois après la mise en orbite de l'instrument PROBA V. Par la suite, les données PROBA V seront traitées, distribuées et gérées de manière opérationnelle au CvB. Pour les données 1.000m, un financement est prévu via le programme Earthwatch de l'esa alors que les produits à 300m seront financés au niveau fédéral via l'enveloppe spatiale. Ce co-financement fédéral doit permettre une visibilité maximale de la Belgique tout en garantissant une certaine autonomie.