3 - Description et orbite d'un satellite d'observation

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1 Introduction à la télédétection 3 - Description et orbite d'un satellite d'observation OLIVIER DE JOINVILLE

2 Table des matières I - Description d'un satellite d'observation 5 A. Schéma d'un satellite...5 B. Le satellite SPOT 5 en vol...6 II - 9 A. Orbite héliosynchrone quasi polaire...9 B. Traces au sol des orbites...11 C. Orbite géostationnaire...12 D. Récapitulatif sur les orbites

3 Description d'un satellite d'observation I - I A. Schéma d'un satellite Charge utile Instruments spécifiques (pour SPOT 5 : HRG, HRS et VEGETATION) Cases avec enregistreurs de données et informatique de bord Plate-forme Autonomie énergétique du satellite, panneaux solaires, réservoir d'hydrazine Orientation dans l'espace : senseurs Corrections éventuelles de trajectoire Antennes de communication avec les stations au sol. Schéma de SPOT 5 avec la plate-forme et la charge utile Complément La plate-forme peut être d'un modèle unique pour des satellites dédiés à des missions différentes. 5

4 Description d'un satellite d'observation Contraintes particulières au milieu spatial : les contraintes d'autonomie énergétique les contraintes thermiques : -160 C à l'ombre, C au soleil les contraintes mécaniques (accélérations et vibrations lors du lancement) les contraintes de masse : le satellite doit être "léger" pour le lanceur. Le mode de propulsion est un moteur à hydrazine qui va permettre d'effectuer des manœuvres lourdes de dépointage, notamment de désorbitation en fin de vie. B. Le satellite SPOT 5 en vol Vue d'artiste de SPOT 5 en vol Ajouter une légende Le papier doré sert a isoler le satellite des rayonnements thermiques de l'espace. Les panneaux solaires sont composés de cellules photo-voltaïques. Par ailleurs, au sous-ensemble SCAO (Système de Contrôle d'attitude et d'orbite), est rattaché le mécanisme d'entraînement du générateur solaire (GS). Il permet de contrôler la position du GS de façon à l'orienter au mieux vers le soleil en fonction du mouvement du satellite sur son orbite. L'éclairement recueilli par le générateur solaire sur la portion éclairée de l'orbite est converti en énergie électrique pour assurer l'alimentation du satellite. 6

5 II - II A. Orbite héliosynchrone quasi polaire Définition Une orbite héliosynchrone est telle que chaque passage quotidien du satellite audessus d'une latitude donnée s'effectue environ à la même heure (solaire) locale. Le plan d'orbite du satellite tourne à la même vitesse angulaire que la Terre autour du soleil (angle constant sur la figure...). Illustration de l'héliosynchronisme suivant les mois de l'année L'angle entre le plan de l'orbite et la direction du Soleil est quasi-constant. Pour les satellites SPOT, cet angle est 22,5 degrés 7

6 Rotation du satellite autour de la Terre Orbite de Landsat Définition Une orbite est dite quasi-polaire si la trajectoire du satellite passe quasiment à la verticale des pôles. Pour géoréférencer les images satellite, il est nécessaire d'avoir une très bonne connaissance de l'orbitographie grâce à DORIS (Détermination d'orbite et Radiopositionnement Intégrés par Satellite) pour le positionnement et à des senseurs (stellaires, solaires et terrestres) pour l'orientation. Le contrôle de l'orbite d'un satellite est assuré par des capteurs qui mesure l'orientation du satellite grâce à des gyroscopes et des actuateurs qui permettent en appliquant un couple au satellite de le faire tourner le long de ses trois axes. Les satellites Landsat 1, 2 et 3 avaient une période orbitale de 103 minutes pour une altitude de 900 km. héliosynchrones de ces satellites ont été sélectionnées afin que chaque passage au-dessus de l'équateur se produise à 9 h 42, heure solaire locale. Pour Spot, l'heure choisie est 10h30, moment intéressant car les ombres ne sont pas trop basses. 8

7 héliosynchrones sont également utilisées pour des satellites radar afin que les conditions de rétroduffusion soient les mêmes à latitude constante. B. Traces au sol des orbites Les traces des satellites convergent en un point proche des pôles et divergent vers l'équateur Exemple : SPOT Une révolution toutes les 101 minutes soit un décalage vers l'est de km à l'équateur (1 986 km à 45 de latitude). Copie d'écran d'un logiciel libre de simulation d'orbite (logiciel Solstice édité simultanément par le CNES et l'education nationale) 9

8 On constate qu'au bout d'environ 24 heures un nouveau cycle d'orbites commence (extrémité de la flèche). Pour le satellite SPOT, il faut en tout 369 orbites pour couvrir la totalité du globe (excepté les pôles). Cela représente 26 jours de rotation, ramené à 4 ou 5 jours avec des capacités de dépointage latéral en roulis allant jusqu'à 27 (cf. figure ci-après). Système de dépointage latéral sur SPOT Sur les satellites modernes plus légers, c'est le satellite complet qui se dépointe. Acquisition stéréoscopique par dépointage latéral Autrefois, les couples stéréoscopiques étaient acquis par visée latérale. L'inconvénient était le diachronisme, c'est-à-dire que les 2 images du couple pouvaient être acquises avec plusieurs jours d'écart, d'où des différences d'illumination et donc des MNT faux (calculés par corrélation). C. Orbite géostationnaire 10

9 Illustration de l'orbite géostationnaire Cette orbite est souvent utilisée en télécommunications et en météo. Dans ce cas, le satellite tourne à la même vitesse que la terre et surveille toujours la même zone. Afin qu'un satellite demeure en orbite autour d'un corps dans l'espace, tel qu'une planète ou une étoile, sa vitesse de déplacement doit être telle que la traction ou la force centripète de la gravité est en équilibre avec la force centrifuge (la force qui tend à éloigner du centre un corps en mouvement circulaire). Plus le satellite est près d'un corps céleste et/ou plus sa masse est importante, plus sa vitesse doit être élevée pour rester en orbite. Les satellites de communications et météorologiques sont souvent placés sur des orbites géostationnaires puisqu'il est plus facile d'envoyer et de recevoir des signaux radio d'un satellite qui garde la même position relative dans le ciel que d'un satellite qui n'a pas de position fixe. En revanche, les satellites de télédétection qui doivent couvrir pratiquement toute la surface de la Terre se trouvent sur des orbites non-stationnaires. Donc nous ne traiterons pas davantage ce type d'orbite dans ce présent cours. D. Récapitulatif sur les orbites Schéma montrant l'orbite géostationnaire et l'orbite quasi-polaire sont kepleriennes, donc parfaitement prévisibles. 11

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