La mission GOCE

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Le satellite européen GOCE doit être lancé lundi depuis la Russie. Sa mission: fournir une nouvelle cartographie ultra précise des variations du champ gravitationnel de la Terre.

L’Agence spatiale européenne (ESA) s’apprête à lancer une nouvelle mission d’étude de la Terre, GOCE, destinée à mesurer avec une précision inégalée les variations du champ de gravité de notre planète. Le satellite conçu par l’ESA doit être lancé lundi 16 mars à 14h21 TU par une fusée russe Rockot depuis le cosmodrome de Plesetsk, au nord de la Russie. Initialement prévu pour septembre 2008, le lancement a été retardé par des problèmes techniques.

Le champ de gravité de la Terre varie légèrement en fonction de la répartition des masses à sa surface (montagnes, failles océaniques…) et présente en certains points des anomalies. C’est ainsi qu’au nord du Canada, autour de la Baie d’Hudson, l’attraction est un peu moins forte qu’ailleurs… Ces variations sont bien sûres trop infimes pour que nous les ressentions. Des instruments d’une extrême précision sont nécessaires pour réaliser une cartographie détaillée du champ gravitationnel terrestre.

Le satellite GOCE est donc équipé d’un gradiomètre ultra sensible permettant des mesures en trois dimensions. Trois paires d’accéléromètres forment un ensemble de masses de référence qui ressentent les pressions exercées par le champ gravitationnel de la Terre. La gradiométrie consiste à calculer les différences d’accélération de ces masses sur de courtes distances.

GOCE sera placé sur une orbite basse à seulement 250 km au-dessus de nos têtes. Pour ne pas fausser les mesures, le satellite doit être totalement stable, d’où sa forme allongée et aérodynamique, et son système de propulsion ionique.

A partir des données de GOCE, les scientifiques établiront un nouveau géoïde, une sphère terrestre tenant compte des anomalies gravitationnelles. Les résultats attendus seront cinq fois plus précis que ceux de la mission GRACE (USA-Allemagne). Ce type de cartographie en 3D est à la fois un outil essentiel pour mieux comprendre la structure interne du globe mais aussi pour étudier les océans, en particulier les courants océaniques.

source http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/

Lancement à suivre dans à peu près une demi-heure sur le site de l'Esa (lien)

En espérant que cette tentative soit la bonne !

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La fusée me semble avoir décollé correctement

Tout à fait, le lancement est un succès. L'Esa confirme avoir établi le contact avec le satellite peu après la séparation du dernier étage du lanceur Rockot.

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Le satellite européen GOCE est en orbite : il entrera véritablement en fonction cet été, après une phase de tests et de calibrages.

Le satellite européen d’observation de la Terre GOCE a été a été lancé avec succès depuis le cosmodrome russe de Plessetsk mardi à 14h21 TU. Environ 90 minutes plus tard, le satellite s’est séparé du lanceur et a envoyé ses premiers signaux.

Les équipes de l’agence spatiale européenne (ESA) vont procéder à une batterie de tests dans les six semaines qui viennent avant de transférer GOCE sur son orbite définitive, à 263 km d’altitude. Après six autres semaines de calibrage, les opérations commenceront vraiment pour cet instrument destiné à étudier le champ gravitationnel de la Terre.

Pendant au moins deux ans, GOCE mesurera les moindres irrégularités et anomalies de la gravité terrestre afin d’en fournir une cartographie en 3D –un géoïde. Ce géoïde servira de référence pour l’étude des océans, qu’il s’agisse de l’évolution de la circulation océanique, de l’élévation du niveau des mers ou de l’impact des changements observés aux pôles.

GOCE est le premier satellite dédié à l’observation de la Terre lancé par l’ESA depuis Envisat en 2002. Il est le pionnier d’une nouvelle série de satellites conçus pour mieux comprendre comment la planète réagit aux changements climatiques. Cryosat aurait dû le précéder dans cette voie mais le satellite d’observation des pôles a été détruit lors de son lancement en 2005. L’ESA a décidé de le reconstruire.

source http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/

Salut

Quelques infos sur cette mission http://www.flashespace.com/html/mars09/13a_03_09.htm

Salut

Après le lancement réussi du 17 mars dernier, le gradiomètre, instrument électrostatique sophistiqué permettant de mesurer le champ gravitationnel terrestre, et qui constitue le cœur de la charge utile du satellite GOCE, a été mis sous tension graduellement entre le 3 et le 7 avril afin de réaliser sa recette en orbite.

Thales Alenia Space a développé le gradiomètre, lui même composé de six accéléromètres ultra sensibles. Ces six accéléromètres de haute technologie et de très haute précision ont parfaitement résisté aux contraintes du lancement et le comportement de l'ensemble de l'instrument est conforme aux prévisions

Premier satellite de la gamme " Earth Explorer " de l'Agence spatiale européenne (ESA), GOCE doit effectuer une cartographie complète en trois dimensions du champ gravitationnel terrestre avec une précision encore jamais atteinte. Le satellite et son principal instrument, le gradiomètre, ont été intégrés dans les établissements de Thales Alenia Space, maître d' œuvre industriel du projet. Les six accéléromètres ont été réalisés par l'Onera.

Chacun de ces accéléromètres mesure l'intensité de son champ électrique nécessaire pour maintenir en lévitation une masse d'épreuve et peut donc détecter les minuscules perturbations engendrées par les variations du champ gravitationnel sur le déplacement de celle-ci. L'analyse par les équipes de Thales Alenia Space et de l'Onera des premières données retransmises indique que les masselottes de référence sont bien en lévitation, que les mesures du champ électrique au niveau de chaque électrode interne aux accéléromètres sont cohérentes et que les performances préliminaires estimées apparaissent prometteuses. Grâce à ces technologies sophistiquées, GOCE sera le seul satellite capable de capter les changements de gravité terrestre, fournissant des données précises et complètes sur la structure interne et la dynamique de la Terre, en particulier en ce qui concerne les grandes circulations océaniques et leur effet sur le climat.

Après une mise en orbite parfaite le 17 mars et une première vérification des systèmes de bord, les équipes de l'ESA ont mis en route le 31 mars et le 2 avril les deux micropropulseurs ioniques chargés de compenser l'infime freinage aérodynamique causé par l'atmosphère résiduelle en orbite basse. Ces deux moteurs ioniques de très faible poussée fonctionnent parfaitement.

Initialement injecté sur une orbite à 283 km d'altitude, le satellite est en train de descendre lentement vers son orbite opérationnelle à 268 km sous le seul effet de ce frottement aérodynamique. Une fois parvenu à 273 km, GOCE entrera dans un mode compensation de traînée ("drag free") qui permettra de piloter ses micropropulseurs grâce aux accéléromètres afin de compenser au mieux les effets de l'atmosphère.

Il s'ensuivra une phase d'étalonnage du gradiomètre combinée au mode de stabilisation fin du satellite . Le satellite va entrer prochainement dans une période d'éclipses, où son orbite l'amènera à passer régulièrement dans l'ombre de la Terre, limitant ses ressources énergétiques. Cette phase durera jusqu'à la fin août. Le satellite sera alors fin prêt à entamer sa mission opérationnelle.

source http://www.flashespace.com/html/avril09/15_04_09.htm

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Dans cet article qui présente la mission GOCE, Max Bard, le Chef de projet du gradiomètre chez Thales Alenia Space (instrument principal), répond à nos questions et apporte son éclairage sur cette mission d'une grande complexité qui vise à sonder l'intérieur de la Terre. Il s'agit pour les scientifiques de déterminer et de cartographier de façon très précise le champ de gravité terrestre.

GOCE a été réalisé par un consortium Européen. Dans le cadre de ce partenariat, Astrium a fabriqué la plateforme et Thales Alenia Space, en plus de la maîtrise d'œuvre satellite, a fourni le gradiomètre, l'instrument principal de la mission, en étroite collaboration avec l'Onera.

Ce satellite a pour "mission de mesurer les anomalies gravitationnelles et de redéfinir le géoïde à 1 ou 2 centimètres près". Cette mission s'inscrit dans la lignée de 2 missions passées (Champ et Grace) mais avec 'une évolution de performance de 1 à 2 ordres de grandeurs (soit 10 fois à 100 fois plus précis)'. Afin d'atteindre cet objectif GOCE sera placé à une altitude inhabituelle de 260 km au plus prés de l'objet à caractériser.

Le gradiomètre de GOCE

Cet instrument embarque 'six accéléromètres fonctionnant par paire, les deux accéléromètres de chaque paires constituant un bras sont distants de 50 cm l'une de l'autre. Les trois bras ainsi constitués sont assemblés perpendiculairement les uns part rapport aux autres, l'ensemble devant être aligné de façon parfaite et maintenu dans une position stable afin 'd'éviter un mélange des mesures issues des différents accéléromètres et atteindre ainsi les précisions requises'.

Notez que si un des six accéléromètres venait à ne plus fonctionner, l'instrument continuerait d'assurer sa mission, grâce à une recombinaison possible des mesures des accéléromètres restants.

Grâce à sa masse d'épreuve de 350 grammes (parallélépipède en platinium-rodhium) en lévitation dans un champ électrostatique chaque accéléromètre mesure à son niveau, selon les 6 degrés de liberté, la perturbation d'accélération avec une précision inégalée de 10 -12 g. soit l'équivalent de l'impact d'un flocon de neige sur un super tanker !

Le gradiomètre intégré dans la plate-forme du satellite Crédit ESA

'Cette perturbation d'accélération vue sous la forme d'une force est mesurée en ajustant/adaptant l'intensité du champ électrostatique à l'aide d'électroniques d'acquisition et de commande analogiques à très faible bruit, associées à un calculateur afin de tenir la masse d'épreuve à sa position de référence. Les différences d'accélérations entre les 2 accéléromètres d'une même paire combinées à la mesure des autres paires permettent de déduire des variations de gravité terrestre'.

La mise au point de ce gradiomètre n'a pas été simple car il doit mesurer les perturbations externes, venant de la Terre et non pas celles générées en interne comme, par exemple, la dilation du bras (entre les 2 accéléromètres de la même paire) ou, encore plus original, la variation du champ de gravité interne entre les accéléromètres et les divers éléments du satellite.

Thales Alenia Space a donc 'développé des éléments de structure unique au monde utilisant une technologie carbone-carbone ( fibres de Carbone insérées dans une matrice carbone) qui permet une très grande stabilité thermo-élastique ( de l'ordre de 10-7 ) et hydrique( effet de l'absorption de l'eau), sans hystérésis après application de charges et présentant un gain de masse significatif'. Cette technologie est associée à un contrôle thermique jamais inégalé (de l'ordre de 0,01 mK sur 200 s).

Elle sera bien évidemment ré- utilisée dans le futur pour des instruments d'optiques ou autres ayant besoin d'exigences de stabilité aussi élevées.

Particularités du satellite

Le satellite GOCE a la particularité d'être très longiligne (5 m de long et 1 m de diamètre pour 1 tonne environ). Cette forme inhabituelle pour un satellite d'observation de la Terre s'explique par sa faible altitude de travail où subsiste une atmosphère résiduelle. Afin de minimiser la résistance due à la friction de cet air, même raréfié, le satellite présente un profil aérodynamique proche de celui d'un avion de façon que sa trainée soit la plus faible possible.

a surface de sa section perpendiculaire par rapport au sens du vol mesure moins d'1 mètre carré. Ce résultat a été obtenu en étirant la cellule dans le sens de la longueur. Les panneaux solaires parallèles au sens du vol ne sont pas déployables mais solidement fixés. Le gradiomètre qui occupe à peu près le tiers du volume du satellite a été positionné a son centre de gravite afin d'éviter les perturbations latérales du satellite.

GOCE : Premier satellite de conception aérodynamique (en forme de flèche) pour limiter les effets du frottement causé par l'atmosphère résiduelle à 260 km d'altitude. Crédit ESA

Comme 'il est fondamental de ne pas perturber les mesures, et de ne mesurer que les effets des anomalies gravitationnelles terrestre', il n'y a aucune pièce en mouvement, pas d'électroaimant et aucun mécanisme qui bouge.

L'autre particularité, 'est la très faible altitude du satellite qui induit une durée de vie très courte'. Elle sera d'une vingtaine de mois avec 2 périodes de mesures opérationnelles de 6 mois avec possibilité d'une extension de mission. Entre ces 2 premières périodes, le satellite sera mis en hibernation et son altitude relevée afin d'économiser son énergie. Le choix de cette altitude s'explique encore une fois par 'la spécificité de cette mission, plus on s'éloigne de la Terre, moins bonne est la mesure'.

La trainée atmosphérique

Malgré sa forme aérodynamique, GOCE sera 'confronté à une trainée atmosphérique importante pouvant perturber son fonctionnement'. Afin d'en minimiser et d'en maîtriser les effets les équipes de Thales Alenia Space ont développé un 'système de compensation qui s'appui sur l'utilisation de moteurs ioniques'.

Comme nous l'explique Max Bard 'A l'effet de gravité se superpose celui de la friction atmosphérique. Toutefois, la décélération constante provoquée par l'air est, elle aussi, enregistrée par le gradiomètre, qui est capable de la distinguer de l'accélération due à des anomalies gravitationnelles. Le calculateur de bord analyse les données d'accélération et actionne un moteur à propulsion ionique qui ainsi minimise les perturbations liées à la friction en adaptant la poussée délivrée. Ce système est appelé 'compensation de traînée''

La mission de Rockot

GOCE sera lancé par le lanceur russe Rockot opéré par Eurockot Launch Services. Rockot doit positionner le satellite sur une orbite plus élevé que l'orbite opérationnelle. Il s'agit ainsi de bénéficier de 'la descente du satellite jusqu'à son orbite définitive' pour permettre aux ingénieurs et scientifiques de la mission de faire la recette du satellite et la calibration du gradiomètre.

Cette orbite n'a pas été choisie au hasard. Il va de soit que les scientifiques auraient préféré une orbite encore plus basse mais ces 260 km d'altitude constituent le meilleur compromis entre retour scientifique, trainée atmosphérique et activité solaire (qui influe sur la densité d'atmosphère résiduel). GOCE fera un tour de la Terre en 90 minutes sur une orbite héliosynchrone.

Objectifs scientifiques

La sismologie et l'océanographie sont les 2 grands domaines d'application du satellite GOCE. Les données permettront notamment aux géophysiciens d'affiner la connaissance du géoïde (une surface proche de la forme réelle de la Terre prenant en compte les variations de densité de la planète. Quant aux océanographes, ils pourront en déduire des modèles de circulation océanique.

Les aspects climatiques de la mission sont nombreux de sorte que GOCE abordera 'la problématique du changement climatique sous un angle inhabituel'. Les mouvements de masse d'eau dans les océans qui transfèrent des quantités d'énergie colossal, l'évolution des glaces ou encore la connaissance des anomalies interne de la Terre qui peuvent expliquer la présence de matériaux plus de dense, voire des réserves de pétrole, sont autant de domaines d'études qui bénéficieront à plein de GOCE.

Les résultats obtenus durant les vingt mois que doit durer cette mission occuperont les scientifiques pendant de nombreuses années.

La Gravite: une source d'erreurs

La gravité est une loi fondamentale de la nature, une force d'attraction entre toutes les masses. Les corps volumineux comme notre planète produisent un champ de gravité : toute masse est attirée vers le centre du corps. Cependant plusieurs facteurs induisent des variations locales de ce champ, par exemple les différents matériaux présents sous la croûte terrestre ou la distorsion de la forme de la Terre due à sa rotation.

Note

Diplômé de l'Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers en 1977, Max Bard travaille pour Thales Alenia Space France depuis plus de 30 ans. Chef de projet du gradiomètre de GOCE depuis 2001, cet ingénieur a également participé de près au programme Spot 5.

source http://www.flashespace.com/html/mars09/13a_03_09.htm

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7 mois après son lancement, le satellite GOCE de l’Agence spatiale européenne débute son activité opérationnelle et commence à cartographier les minuscules variations de la gravité terrestre de façon à tracer la carte du géoïde la plus précise jamais obtenue.

Après une recette de plusieurs mois qui a permis de calibrer le satellite et son gradiomètre, un instrument d’une précision redoutable conçu par Thales Alenia Space, l’orbite de GOCE a été abaissée aussi bas que possible à 255 kilomètres d’altitude, ce qui est très bas pour un satellite d’observation de la Terre. Elle est plus basse de quelques kilomètres par rapport à ce qu’avaient prévus les contrôleurs au sol de sorte que les mesures de gravité seront encore plus précises.

Afin de s’affranchir des contraintes physiques de l’atmosphère résiduelle qui subsiste à ces faibles altitudes, le satellite à été conçu pour minimiser la résistance due à la friction de cet air, même raréfié. Il présente un profil aérodynamique proche de celui d'un avion (très inhabituel pour un satellite) de façon à ce que sa trainée soit la plus faible possible. Il est donc très longiligne (5 m de long et 1 m de diamètre pour 1 tonne environ).

Les données collectées par le gradiomètre conduiront à une meilleure compréhension de la gravité terrestre, ce qui est important pour comprendre comment fonctionne notre planète et aura un impact dans de nombreuses disciplines liées au changement climatique.

source http://www.flashespace.com/html/oct09/02_10_09.htm