Le lancement et la mise à poste
de SPOT 4,
Principe de la mise à poste,
Stratégies de mise à poste,
Le maintien à poste.
Pour satisfaire à leur mission de prise d'images terrestre avec possibilité de comparaisons des images, les satellites du système SPOT sont placés sur des orbites qui possèdent les mêmes caractéristiques, à savoir :
- L'orbite est phasée, c'est-à-dire que le satellite passe au-dessus d'un point au sol au bout d'un nombre entier de jours. Pour les satellites SPOT, la durée du cycle est 26 jours. 369 orbites sont parcourues en 26 jours, la période de l'orbite est d'environ 101,5 minutes. La répétitivité parfaite des traces au sol est effectuée en 26 jours (cycle), la quasi-répétitivité est obtenue en 5 jours (sous-cycle) .
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- L'orbite est héliosynchrone, c'est-à-dire que 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, ce qui se traduit par : l'heure locale du nœud descendant est 10 h 30 min. Cette propriété permet de réaliser des prises de vue à une latitude donnée avec un éclairement constant.
- L'orbite est quasi-polaire. Cette caractéristique est une conséquence des deux propriétés précédentes. L'inclinaison de l'orbite sur le plan équatorial est d'environ 98,8 degrés. Cette caractéristique permet une couverture totale de la surface terrestre (compte tenu des possibilités de débattement de l'instrument de prise de vue).
- L'orbite est quasi-circulaire, avec un périgée maintenu vers le pôle Nord terrestre . Cette propriété permet de maintenir une altitude constante au dessus d'un point donné au sol. L'altitude de SPOT au dessus d'un point situé à 45 degrés de latitude Nord est d'environ 830 km.
Nous disposons d'un satellite SPOT 4 au sol, il s'agit maintenant de l'amener sur son orbite opérationnelle, ayant toutes les caractéristiques décrites précédemment, et de le positionner par rapport aux autres satellites de la famille déjà en orbite, SPOT 1 et SPOT 2.
La masse au lancement de SPOT 4 est de 2 800 kg. Compte tenu de ses performances, c'est une version Ariane 40 (sans propulseur d'appoint) du lanceur d'Arianespace qui est utilisée pour lancer SPOT 4 en passager unique.
Le lanceur n'a pas les capacités de placer directement SPOT 4 à sa position
définitive.
On demande à Ariane de placer SPOT 4 :
Ariane étant lancée depuis la base de Kourou en Guyane, le lancement doit avoir lieu lorsque, la Terre tournant, Kourou passe dans le plan orbital de SPOT. Cet événement a lieu tous les jours, 2 fois par jour. On peut théoriquement rejoindre l'orbite polaire SPOT, soit sur la partie montante en lançant de Kourou vers le nord, soit sur la partie descendante en lançant vers le sud. Cette dernière possibilité est rejetée pour des raisons de sécurité (lancement vers le Brésil).
Compte-tenu des ces considérations, le lancement est effectué vers le nord, sur
l'orbite montante, lorsque Kourou est proche de l'heure locale du nœud ascendant de
l'orbite (22 h 30 min). L'heure exacte du début de la fenêtre de tir est 1 h 37 min 00 s
(Temps Universel Coordonné). La capacité d'Ariane 40 à positionner SPOT 4 sur
son plan orbital se traduit par une fenêtre de lancement de 9 minutes à partir de
l'heure de début de fenêtre.
En fait, on choisit 3 heures de lancement dans ce créneau :
L'heure visée est celle du début de fenêtre et s'il y a des retards dans la chronologie de lancement (dus par exemple à des problèmes de météorologie défavorable) on choisira de lancer en milieu de fenêtre ou en fin de fenêtre. Si ces arrêts dans la chronologie ne permettent pas de respecter l'heure de fin de fenêtre, le lancement est remis à un autre jour.
La séparation de SPOT 4 du 3e étage d'Ariane à lieu
1 113 secondes après la mise à feu des moteurs du 1er étage (H0),
au large des îles Bermudes.
Le schéma ci-après montre les trajectoires du lanceur et la localisation de la
séparation pour les 3 heures de lancement possibles.
SPOT 4 est satellisé sur une orbite héliosynchrone quasi-polaire ; il s'agit
maintenant de lui faire acquérir les autres propriétés des orbites SPOT, en particulier
le phasage, et, en plus, de le placer à la position prévue par rapport aux autres
satellites de la famille.
Les schémas ci-dessous montrent les positions relatives choisies pour les
3 satellites SPOT.
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des chiffres |
une représentation |
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Ariane a injecté SPOT 4 sur une orbite plus basse d'environ 20 km par
rapport aux autres satellites SPOT. Cette différence (négative) d'altitude confère à
SPOT 4 une vitesse plus rapide que celles des autres SPOT : SPOT 4 dérive
par rapport aux autres satellites.
On va donc profiter de cette dérive relative, et comme le montre l'exemple ci-après,
attendre que SPOT 4 arrive près de sa position définitive, puis augmenter son
altitude pour atteindre l'altitude des autres SPOT (qui est également l'altitude nominale
de phasage) et stopper ainsi la dérive.
En fait, pour optimiser les manœuvres de correction d'altitude, la remontée sur
l'orbite nominale est effectuée (en général ) par 2 manœuvres d'augmentation
d'altitude.
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La mise à poste est conditionnée par 3 éléments :
Le schéma ci-contre montre la
configuration relative de SPOT 4 par rapport aux autres satellites, pour des
lancements en mars 1998, une fois la séparation effectuée (et en supposant un lancement
en début de fenêtre). On observe que la position initiale de SPOT 4 et la durée de
dérive, donc la durée de la mise à poste, dépendent du jour du lancement.
Le schéma ci-contre montre,
pour un jour de lancement donné, par exemple le 13 mars 1998, les positions
relatives initiales de SPOT 4 après séparation, si le lancement a lieu en
début (D), en milieu (M), ou en fin (F) de fenêtre .
Le
lanceur vise à positionner SPOT 4 sur une orbite d'altitude 20 km en dessous de
l'orbite des autres SPOT. Le lancement est considéré comme nominal (sur l'altitude) si
l'altitude atteinte se situe entre ±4 km autour de l'altitude visée :
Cette vitesse de dérive conditionne la durée de mise à poste .
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La mise à poste de SPOT 4 doit être effectuée en 18 jours maximum.
La stratégie exposée dans le paragraphe "principe de la mise à poste" va permettre, dans la grande majorité des cas, d'effectuer la mise à poste en 18 jours ou moins. Deux types de cas ne permettent pas, avec cette stratégie, d'effectuer la mise à poste en 18 jours maximum :
Pour résoudre ces deux types de cas, la stratégie sera la suivante :
Cette
stratégie illustrée par le schéma ci-contre (pour un lancement le 22 mars 1998 en
début de fenêtre), permet de respecter la durée maximale de mise à poste mais induit
une consommation supplémentaire.
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Diverses forces perturbatrices concourent à modifier en permanence les caractéristiques de l'orbite SPOT décrites précédemment :
Le maintien à poste a pour but de conserver les caractéristiques de l'orbite afin de permettre au satellite SPOT 4 de remplir correctement sa mission.
Le Centre de Mise et Maintien à Poste (CMP) contrôle les paramètres suivants :
Le "freinage" du satellite
entraîne une diminution de son altitude et donc une avance de phase par rapport à celle
d'un satellite "théorique".
Cette avance se traduit par un décalage vers l'est des nœuds descendants de l'orbite
réelle par rapport aux nœuds descendants de l'orbite théorique.
Le CMP surveille l'écart de longitude entre ces nœuds, de façon à le maintenir à l'équateur dans une plage de ± 3 km (impératif mission).
Lorsque cet écart atteint la limite est autorisée par la mission, le CMP programme une manœuvre conduisant à remonter le satellite à une altitude supérieure à l'altitude théorique, et induisant une dérive vers l'ouest des nœuds descendants ; l'effet du frottement atmosphérique annule cette dérive, et ramène le satellite à l'altitude théorique. A cet instant, le décalage des nœuds descendants doit être au maximum de 3 km vers l'ouest.
Puis cette dérive continue vers l'est jusqu'à l'occurrence d'une nouvelle manœuvre de remontée de l'altitude.
La fréquence des manœuvres de remontée de l'altitude varie de :
- 2 mois en période d'activité solaire faible (le satellite descend d'environ 20 cm par jour),
- à 2 semaines en période d'activité solaire forte ou très forte (le satellite peut descendre de 5 à 10 mètres par jour et même 20 à 30 mètres exceptionnellement).
le CMP s'assure que l'altitude du satellite au-dessus d'un point défini de la Terre reste constante à 5 km près. L'altitude est contrôlée à l'occasion des manœuvres de maintien du phasage.
L'écart
de phasage à 60° de latitude combine l'écart de phasage à l'équateur dû au
frottement atmosphérique et l'écart de phasage dû à la diminution de l'inclinaison de
l'orbite.
Une manœuvre de correction de l'inclinaison est programmée environ tous les 18 mois afin que l'écart de phasage à 60° de latitude nord reste inférieur à 5 km. On remonte l'inclinaison à une valeur supérieure à l'inclinaison théorique, dans la limite du respect du maintien à moins de 5 km de l'écart de phasage.
L'écart d'heure locale par rapport à l'heure locale théorique de 10 h 30 min varie selon une fonction non linéaire de l'inclinaison et de l'altitude.
Compte tenu de la fréquence des manœuvres de correction d'inclinaison, l'heure locale est, en fait, maintenue à 10 h 30 min à une ou deux minutes près.
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page mise à jour le 06 June 2000
