Trois ans de Proba, le satellite « intelligent » autonome

« Ce que nous a apporté Proba, notre premier microsatellite, est extraordinaire » explique Fréderic Teston, responsable du projet Proba à l’ESA. « La mission a permis de réaliser la démonstration d’un certain nombre de technologies sophistiquées et de nouveaux concepts de construction et de fonctionnement des satellites.

Il mérite à 100% son nom de « Project for On-Board Autonomy » – tous les jours, pendant les trois dernières années, le satellite a accompli de manière autonome des opérations d’orientation, de navigation, d’estimation de survol de cible et d’enregistrement d’images. Ces fonctions sont normalement commandées depuis le sol pour les satellites plus gros.

Nous donnons seulement la latitude, la longitude et l’altitude du site cible et Proba fait le reste. L’ordinateur de bord pointe le satellite dans la bonne position, avec l’inclinaison nécessaire, prend les images et les transmet. » L’idée qui a donné naissance à Proba, c’est que des missions très ciblées peuvent être réalisées selon un calendrier court afin de répondre aux besoins des scientifiques – si l’on parvient à réduire considérablement la durée qui sépare la conception du projet du lancement et de la mise en service.

C’est ainsi que pour simplifier la construction – et réduire les coûts – Proba a été construit autant que possible à partir de composants déjà existants et non d’éléments durcis spécialement conçus pour l’espace comme c’est le cas d’habitude pour les satellites. Fait remarquable, ces systèmes ont constamment bien fonctionné pendant les 1096 jours que Proba a passé dans l’espace.

En orbite polaire à 600 km au-dessus de la Terre, Proba prend chaque mois environ 300 images de quelque 60 sites différents. A ce jour, le satellite a envoyé plus de 10 000 images prises par ses deux caméras embarquées : CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer) et HCR (caméra noir et blanc à haute résolution).

Le monde en vision hyperspectrale

CHRIS est une caméra hyperspectrale compacte qui est capable de restituer des détails de la surface de la Terre. Sa résolution atteint 18 mètres en associant jusqu’à 19 bandes spectrales sur un total de 62 pour donner des informations supplémentaires sur l’environnement. Le même élément peut être photographié sous plusieurs angles dans la mesure où Proba dispose de capacités de manœuvres longitudinales et latérales.

Cette double capacité d’acquérir des données à la fois hyperspectrales et sous des angles multiples est particulièrement utile pour étudier la couverture végétale du sol. Elle est également précieuse pour l’étude de l’atmosphère et des masses d’eau. Quelque 60 équipes de scientifiques dans le monde utilisent actuellement les données fournies par CHRIS.

Grâce à sa haute résolution spatiale, ses données sont particulièrement précieuses comme intermédiaire entre les instruments embarqués sur les satellites tels que MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) sur Envisat et la photographie aérienne.

Les données de CHRIS permettent de surveiller de façon plus précise les zones humides dans le cadre du projet Globwetland de l’ESA, car elles fournissent des informations sur la situation de l’environnement dans ces zones de grande biodiversité pour l’application de la Convention internationale de Ramsar sur les zones humides.

Les images fournies par cet instrument sont utilisées dans des projets comme le programme Dragon de l’ESA et de la Chine pour étudier des zones à risque d’inondation. Les images de CHRIS permettent d’établir des cartes de référence que l’on peut comparer avec les relevés effectués lors d’une catastrophe pour distinguer les zones inondées des masses d’eau permanentes. Les chercheurs chinois ont manifesté leur intérêt pour d’autres applications de la caméra hyperspectrale comme la prospection minière.

Les données acquises par CHRIS sont recoupées avec celles du satellite allemand de détection des incendies, BIRD (Bi-Spectral Infrared Detection). CHRIS a pris de nouvelles images de zones ravagées par des feux de forêts déjà photographiées par BIRD pour déterminer l’étendue de la zone incendiée et repérer la reprise éventuelle de la végétation pour analyser les effets à long terme des incendies.

Dans un domaine proche, CHRIS a également réalisé des prises de vues dans le cadre de la Charte internationale « Espace et catastrophes majeures », un accord international qui prévoit la mobilisation des ressources spatiales au service des organismes de protection civile de lutte contre les catastrophes naturelles.

Au cours de l’année prochaine, de nouvelles applications des données de CHRIS sont prévues : un inventaire détaillé des exploitations agricoles en Allemagne, l’étude de la réflexion spectrale des résidus de culture et des sols en France, le suivi de la biodiversité en Afrique, la cartographie de la zone côtière du sud du Chili et des projets archéologiques en Espagne.

Les autres instruments de Proba

L’autre dispositif d’imagerie embarqué sur Proba est la caméra compacte HCR qui a une résolution spatiale encore supérieure, 5 m, et prend des images monochromatiques sur des zones de 25 km2.

Tout en étudiant la Terre, le satellite renvoie également des informations sur son environnement immédiat. Il est équipé d’un détecteur de radiations, le SREM (Standard Radiation Environment Monitor), qui sert à étudier les particules d’énergie à l’origine des aurores boréales et a permis au cours des trois dernières années d’établir une modélisation plus poussée du rayonnement ambiant autour de la Terre.

La charge utile comporte également l’instrument DEBIE (Debris In-orbit Evaluator) qui repère de minuscules micrométéorites ou des débris spatiaux d’un centimètre à moins d’un millimètre de diamètre.

A propos de Proba

Proba est un microsatellite conçu par le GSTP (Programme général de technologie de soutien) de l’ESA et construit par un consortium industriel dont le chef de file était la société belge Verhaert. Son lancement a eu lieu en Inde le 22 octobre 2001 et le satellite est exploité depuis la station sol de l’ESA à Redu en Belgique. La caméra CHRIS, financée par le BNSC (British National Space Centre) a été construite par la société SIRA Space au Royaume-Uni.

Il était prévu que Proba soit une mission de démonstration d’un an, mais sa durée de vie a été prolongée pour qu’elle serve de mission d’observation de la Terre.

Les capacités exceptionnelles de Proba en font également un outil précieux pour le développement de la mission SPECTRA (Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis) envisagée par l’ESA, un satellite d’exploration de la Terre dont la mission sera d’étudier la couverture végétale du sol des grandes zones biogéographiques, les “biomes”. Si le projet est retenu, SPECTRA devrait être lancé vers 2012.

Il est prévu qu’une autre mission de démonstration technologique Proba-2 soit lancée par l’ESA fin 2007. Comme la précédente, cette nouvelle mission testera en orbite de nouvelles technologies et de nouveaux produits.

Le système élaboré grâce à ce programme doit servir de support à une mission d’observation du Soleil et de mesure du plasma. Un nouveau type de spectromètre solaire associé à une sonde de haute performance fournira pour la première fois des images du Soleil transmises à haut débit.