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11 décembre 2015 5 11 /12 /décembre /2015 18:00

 

Spot 5 - Satellite - Désorbitation - Toulouse - CNES - Vue d'artiste - Fin de vie - Orbite

Vue d’artiste du satellite SPOT-5 en orbite.
Crédit image : CNES / D. Ducros

 

La contrepèterie du jour : Spot, Stop

TLE… Two-lines Elements ? Vous connaissez ? C’est le format des paramètres orbitaux des satellites publiés par le NORAD (North American Aerospace Defense Command) et sur les sites des logiciels d’orbitographie comme Celestrak. Ça tient dans un tweet...

Je suis sûr que, comme moi, chaque matin, voir s’il y a des changements dans les TLE est une de vos premières activités… Eh bien, depuis début décembre, il y a des « petits » changements concernant l’orbite du satellite SPOT 5.

L’illustration suivante montre trois jeux de paramètres orbitaux pour SPOT-5 :

 

Spot 5 - Satellite - Désorbitation - Décembre 2015 - TLE - Apogée - Périgée - Excentricité - CNES - éléments orbitaux

Les paramètres orbitaux du satellite SPOT-5 en mai 2002, avril 2015 et décembre 2015.
Source : NORAD / Celestrak. Illustration : Gédéon

 

Si vous regardez attentivement, vous voyez que l’excentricité augmente et que la période orbitale diminue. On lit aussi que le 10 décembre 2015, il avait effectué 70517 fois le tour de la Terre.

Cela ne vous parle pas beaucoup ? Voilà un petit tableau dans lequel j’ai traduit les paramètres orbitaux en altitude d’apogée et altitude de périgée. Cette dernière avait baissé d’environ 180 km au 10 décembre et 200 km au 14 décembre (selon les chiffres publiés par le NORAD). L'excentricité a fortement augmenté, d'un rapport de près de 200 par rapport à l'orbite nominale.

 

Spot 5 - Désorbitation - Desorbiting - Apogée - Périgée - CNES - Fin de vie - Décembre 2015

Evolution de l’altitude du périgée et de la période orbitale du satellite SPOT-5. Le 31 octobre 2002
correspond à la fin de la recette en vol (orbite nominale). Le 2 avril est le démarrage de la
phase Spot 5 Take 5. Le 10 et le 14 décembre sont deux étapes de la désorbitation.
Source des données : NORAD / Celestrak. Illustration : Gédéon

 

Vous avez deviné : on procède à la désorbitation de SPOT-5…

SPOT-5 a été lancé par une fusée Ariane 4 (version 42P) le 4 mai 2002 à 0h31 UTC. Après plus de 13 années d’exploitation en orbite, le satellite SPOT 5 vient en effet de finir par tirer sa révérence…

 

Petit bain, petit plongeon…

Le satellite SPOT-5 a terminé sa carrière opérationnelle le 31 mars 2015 avec la fourniture des dernières images commercialisées par Airbus Defence and Space. Les premières manœuvres de changement d’orbite au commencé au moment du lancement de l’opération Spot 5 Take 5 : une expérimentation de 6 mois  pour préparer l’exploitation simultanée des deux satellites Sentinel 2 du programme européen Copernicus (voir l’article sur l’expérience Spot 5 Take 5).

L’orbite de départ est l’orbite classique des satellites SPOT 1 à 5 (héliosynchrone et quasi-circulaire), à la dérive de l’heure locale près (l’inclinaison et l’heure locale ne sont plus contrôlées depuis 2008) :

  • Demi-grand axe moyen de l’orbite SPOT : 7200,547 km (la valeur actuelle est précisément de 7200,240 km). Cela correspond une altitude moyenne de 831,4 km.
  • Inclinaison moyenne de l’orbite SPOT : 98,72 °.
  • Répétition du cycle orbital : 369 orbites par cycle de 26 jours.

 

L’orbite visée pour l’expérience Take 5 était à environ 2.6 km sous l’orbite initiale de SPOT 5, avec un décalage en longitude de manière à avoir un angle de vue identique à celui du futur Sentinel-2.

Après les deux manœuvres de changement d’altitude, l’altitude moyenne passe à 828,8 km et le cycle orbital se repère alors tous les 5 jours (soit 71 orbites), exactement comme la paire de satellite Sentinel-2.

Dans le jargon de la mécanique spatiale, la manœuvre de changement d’orbite est appelée un transfert de Hohmann, avec deux poussées, afin d’obtenir une orbite finale quasi-circulaire.

 

Grand bain, grand plongeon…

L’expérience Spot 5 Take 5 est désormais terminée. Vous trouverez des explications et des exemples de résultats sur le site  et sur le blog du CESBIO.

Le satellite SPOT-5 a donc définitivement fini sa mission. Pour ne pas encombrer son orbite où il risquerait de percuter un autre engin, il va être renvoyé dans l'atmosphère terrestre… Pour y brûler.

Comment y parvient-on ? En réduisant l’altitude de l’orbite, afin que le frottement aérodynamique causé par l’atmosphère résiduelle freine progressivement le satellite et l’amène très progressivement à redescendre vers les couches les plus basses de l’atmosphère où il finira par se consumer totalement.

Très exactement, l’opération consiste à rendre l’orbite de plus en plus elliptique en abaissant l’altitude du périgée.  On parvient à ce résultat en effectuant un manœuvre de freinage à l’apogée. C’est à peu près l’inverse de ce qu’on fait quand on circularise l’orbite d’un satellite de télécommunication lancé par Ariane 5 sur une orbite de transfert géostationnaire. Les manœuvres d’apogée sont plus économiques en ergols (voir cet article sur l’équation de Tsiolkovski).

Ce n’est pas une descente rapide. Contrairement à l’ATV qui redescend en quelques heures et qui effectue une rentrée contrôlée afin que les débris éventuels tombent dans une zone « désertique » du Pacifique sud, SPOT-5 va rentrer très progressivement dans l’atmosphère.

La loi spatiale française et les règles de la communauté spatiale internationale demandent que les vaisseaux spatiaux en orbite basse (moins de 2000 km d‘altitude soient placés à la fin de leur mission sur des orbites très basses (de l’ordre de 500 km d’altitude), permettant un retour sur Terre en moins de 25 ans. Ils doivent également être « passivés » pour limiter les risques d'explosion qui créeraient de multiples débris.

 

RIP : le cimetière au premier étage

Pour les satellites géostationnaires, à près de 36000 km d’altitude, on procède différemment : ils sont déplacés sur une orbite plus haute, une orbite « cimetière » (graveyard) là où ils ne gêneront pas les satellites opérationnels. Evidemment, en  orbite  basse ou en orbite GEO, il y a une condition essentielle : les satellites doivent encore être en état de marche, en tout suffisamment pour effectuer correctement l’ultime manœuvre de changement d’orbite.

Les autres, ceux tombés en panne avant cette étape, restent longtemps en place et « polluent » leur ancienne orbite. Le dernier exemple en date est le satellite AMOS 5 de l’opérateur israëlien. Spacecom. Il a brutalement cessé de fonctionner le 21 novembre 2015, seulement 4 ans après son lancement alors qu’il était prévu pour 15 ans. C’est embêtant pour les services de communication qu’il fournissait à plusieurs pays africains. C’est surtout  gênant pour ses voisins de la position 17°E sur l’orbite géostationnaire… Son maintien précis à poste n’est plus assuré et les autres opérateurs devront probablement procéder à des manœuvres d’évitement.

Même s’il y a beaucoup d’espace dans l’espace, c’est un problème… Les orbites les plus utiles sont « encombrées » : la présence de gros débris  augmente les risques de collisions avec les satellites opérationnels et les débris existants. Et chaque collision engendre de nouveaux débris, qui peuvent provoquer à leur tour de nouvelles collisions : Dans le pire cas, une sorte de réaction en chaîne connue sous le nom de syndrome de Kessler.

 

Moteur ! On tourne. Un peu moins rond…

Les opérations de désorbitation de SPOT-5 ont commencé le 1er décembre et vont se conclure normalement le 11 décembre 2015, à l’heure où j’écris cet article.

La désorbitation consiste à consommer complètement les ergols encore disponibles à bord en allumant le système de propulsion.

Dans un premier temps, six manœuvres abaissant chacune le périgée de l’orbite du satellite d’une quinzaine de kilomètres. L’orbite devient progressivement plus elliptique.

Au cours d’une septième et dernière manœuvre, les équipes d’opération en orbite du CNES  ajusteront le niveau d’ergols restant. Ensuite, le satellite sera « passivé fluidiquement » : les vannes sont laissées définitivement ouvertes et les réservoirs se vident au cours d’une ultime poussée longue. Après ce dernier coup d’accélérateur (ou plutôt de frein), le satellite SPOT 5 sera automatiquement passivé électriquement : extinction des émetteurs, déconnexion des panneaux solaires,  déconnexion des batteries.

Le CNES n’a pas encore communiqué sur les détails des manœuvres effectuées. J’espère qu’ils le feront rapidement : ces chiffres pourraient servir aux enseignants à proposer quelques exercices amusants à leurs élèves pour mettre en pratique les lois de Kepler, l’équation de Tsiolkovski et d’autres notions de maths et physique…

 

 

Spot 5 - Satellite - Désorbitation - évolution orbite - apogée - périgée - excentricité - TLE

Evolution des caractéristiques de l'orbite de SPOT-5 pendant les opérations de désorbitation effectuées
par le CNES. Crédit image : Gédéon. Source des données : NORAD / Celestrak.

 

Pour obtenir les courbes présentées ici, je n'ai utilisé que les données TLE publiées par Celestrak pendant les opérations de désorbitation. En pratique, seulement deux paramètres sont nécessaires : l'excentricité de l'orbite et le nombre d'orbites parcourues chaque jour. A partir de la prériode orbitale, la troisième loi de Kepler, la loi des périodes, donne immédiatement la valeur du demi grand axe. L'excentricité permet alors de calculer simplement apogée et périgée. Pour en déduire l'atitude de l'apogée et du périgée, il suffit de soustraire le rayon de la Terre. J'ai pris ici la rayon à l'équateur (6378 km).

 

De l’ellipse à l’éclipse

L’orbite elliptique atteinte en fin d’opération présentera l’avantage de minimiser la durée de rentrée du satellite dans l’atmosphère.

La même procédure a été appliquée à tous les prédécesseurs de SPOT-5, la grande famille des satellites SPOT. Tous ? Sauf un… Comme Envisat en 2012, SPOT-3 a subi une panne totale (à la suite de défaillances successives de plusieurs de ses gyromètres, provoquant la perte de stabilité et du contrôle du satellite) en novembre 1996 qui a interrompu toute possibilité de communication entre le satellite et la Terre : il est désormais impossible de déclencher la procédure de désorbitation.

 

Spot -Spot-2 - Spot-5 - Opérations CNES - Désorbitation - CST - Toulouse - Juillet 2009

Les équipes opération du CNES pendant la désorbitation de SPOT-2 en juillet 2009.
Crédit image : CNES

 

Ce n’est qu’un au revoir…

La désorbitation de SPOT-5 est un évènement émouvant pour tous ceux qui ont participé à l’aventure de l’observation de la Terre en France en général et à Toulouse et en  région Midi-Pyrénées en particulier.

Un « Satellite Pour Occuper Toulouse » a tenu et dépassé les promesses. Le commentaire ironique est devenu un succès commercial, industriel et scientifique qui a largement contribué au développement de la filière spatiale en région Midi-Pyrénées et au-delà. Au moins deux voire trois générations d’ingénieurs et de techniciens ont usé leurs fonds de culottes sur la famille de satellites SPOT, Hélios et Pléiades, l’exploitation de leurs images et le développement des applications associées.

 

Spot - Satellite pour occuper Toulouse - Toulouse - Spot 5 - CNES - Matra - Airbus - Spot Image - CESBIO

La ville de Toulouse vue par le satellite SPOT-5.
Copyright CNES - Distribution Airbus Defence and Space

 

 

Images à l’œil : un nouveau point de vue

Aujourd’hui, la relève est assurée par les deux satellites Pléiades-1A et Pléiades-1B, pour la très haute résolution, lancés en 2011 et 2012, et par SPOT-6 et SPOT-7, avec une résolution améliorée mais avec une fauchée identique à celle de SPOT-5 et une grande agilité.

La vraie question est l’évolution du modèle de financement : jusqu’à SPOT-5 et Pléiades, le financement est majoritairement assuré par le gouvernement français.

Ce n’est plus le cas avec SPOT-6 et SPOT-7 qui sont le premier exemple de financement intégralement privé, même si SPOT-7 a été vendu à l’Azerbaïdjan en décembre 2014.

Cette évolution intervient dans le contexte assez nouveau avec au moins quatre grandes tendances :

  • Le soutien du département de la Défense américain à l’industrie américaine (Digital Globe) avec des contrats cadres d’achat d’images, facilitant les investissements.
  • Le développement du fameux New Space et  l’émergence d’acteurs privés dans l’esprit de la Silicon Valley : Space X ou Blue Origin pour les lanceurs et le tourisme spatial, Planet Labs ou SkyBox en observation de la Terre, etc.
  • La volonté de pays de plus en plus nombreux à disposer de leur propre capacité spatiale, en particulier dans le domaine de l’observation de la Terre : Chili, Pérou, Corée, etc.
  • La banalisation de l’accès à l’image, au moins pour les résolutions moyennes, avec par exemple le programme européen Copernicus et ses satellites Sentinel. Avec la politique « accès libre et gratuit ». Les modèles économiques, au-delà des missions de service public, doivent alors reposer sur l’utilisation et la valorisation des images.

L’impact de ces évolutions reste incertain : difficile de savoir par exemple sur l'observation de la Terre peut reposer sur un modèle strictement privé.

Ces évolutions diverses interviennet dans une compétition féroce au niveau international. Les succès récents de l’industrie française montrent que l’investissement dans cette filière a porté ses fruits. Mais la bagarre ne s'arrête pas. A suivre…

 

Spot 6 - Brésil - Mariana - Coulée de boue - rupture barrage - Novembre 2015 - Airbus Defence and Space

Une image récente acquise le 6 novembre 2015 par le satellite SPOT-6 : la coulée de boue au Brésil
après la rupture de deux barrages miniers près de la ville de Mariana.
Crédit image : Airbus Defence and Space

 

En savoir plus :

 

 

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  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre.
Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre. Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées

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