Jason (satellite)

PROTEUS est une plate-forme stabilisée sur 3 axes conçue pour des missions en orbite terrestre basse de satellite dont la masse totale est environ 500 kg dont 270 kg pour la plate-forme hors ergols. Ses principales caractéristiques sont les suivantes[4] :

• Dimensions : cube de 1 mètre de côté.
• Énergie : panneaux solaires d'une superficie de 9,5 m² disposant d'un degré de liberté et fournissant 450 watts pour Jason-1 à 550 watts pour Jason-3 en fin de vie théorique.
• Contrôle d'attitude : le satellite est stabilisé sur 3 axes avec une précision de pointage de 0,15° (Jason-3). Les capteurs fins utilisés pour déterminer l'orientation du satellite sont deux viseurs d'étoiles trois axes et trois gyromètres deux axes. Les capteurs grossiers sont des magnétomètres trois axes et 8 capteurs solaires disposant d'un champ optique de 4 pi. L'orientation est corrigée à l'aide de quatre roues de réaction qui sont désaturées à l'aide de magnéto-coupleurs.
• Propulsion : moteurs-fusées à ergols liquides brûlant de l'hydrazine avec un Delta-v d'environ 120 m/s. Masse d'hydrazine emportée 28 kg (Jason-3)
• Stockage des données : 500 mégabits pour les données télémétriques et 2 gigabits pour les données scientifiques
• Télécommunications en bande S avec un débit maximal de 800 kilobits/s
• Durée de vie : 3 ans pour les consommables, 5 ans résistance à l'usure et aux radiations

Les trois satellites Jason ont une charge utile légèrement différente. Cinq instruments sont toutefois communs.

Deux instruments sont utilisées pour recueillir les données altimétriques[4] :

• L'altimètre-radar Poseidon-2 développé par Thales Alenia Space mesure la distance entre la surface de l'océan et le satellite. Il s'agit d'un radar bi-fréquence (5,3 GHz en bande C et 13,575 GHz en bande Ku) qui permet de mesurer la topographie de la surface de l'océan, de calculer la vitesse des courants océaniques ainsi que de mesurer la hauteur des vagues et la vitesse des vagues. Poseidon-2 dérive de l'instrument Poseidon-1 installé à bord de TOPEX/Poseidon. Par rapport à ce dernier les principales modifications sont les suivantes. Il dispose d'une deuxième fréquence en bande C qui permet de corriger les effets de l'ionosphère, la taille de l'antenne est réduite mais la puissance de l'émission est augmentée, le système de génération de signal utilise une puce qui permet de sélectionner la fréquence d'ondes et d'avoir une meilleure maîtrise de la phase, le processeur utilisé est durci contre les rayonnements.
• Le radiomètre à micro-ondes JMR/AMR développé par le JPL mesure les caractéristiques de l'atmosphère qui influent sur les données fournies par l'altimètre. À cet effet, il mesure la réflexion de micro-ondes sur la surface de l'océan dans trois longueurs d'onde :
  • l'émission en 23,8 GHz mesure la quantité de vapeur d'eau présente dans la colonne d'air traversée par les émissions radar.
  • l'émission en 34 GHz fournit la correction à apporter liée aux nuages ne produisant pas de précipitations.
  • l'émission en 18,7 GHz permet de mesurer l'influence du vent sur la surface de la mer.

Trois équipements permettant de déterminer avec une grande précision la position du satellite. Combiné avec la mesure de l'altimètre, ces données permettent d'en déduire la hauteur du niveau de la mer :

• le système de trajectographie DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) du CNES mesure la distance entre le satellite et des stations terrestres dédiées.
• Un récepteur GPS fourni par le JPL,
• Un rétroréflecteur laser LRA (Laser Retroreflector Array) également fourni par le JPL.

• Instruments et équipements du satellite Jason-1
• 
  L'Altimètre Poseidon 2.
• 
  Le Radiomètre JMR.
• 
  Le système Doris.
• 
  Le rétroréflecteur laser.

La réflexion sur la mission Jason-1 démarre en septembre 1993. En décembre 1996, la NASA et le CNES signent un protocole d'accord pour donner une suite à la mission TOPEX/Poseidon qui est développée conjointement par les deux agences spatiales. La plate-forme PROTEUS est qualifiée en août 1998. L'intégration du satellite s'achève à l'automne 1999.

Le segment sol est constitué du centre PGGS (Proteus Generic Ground Segment) chargé du suivi de la plateforme, basé à Toulouse, du centre de contrôle du satellite POCC (Project Operation Control Center) basé à Pasadena situé en Californie et du centre SSALTO (Altimetric and Orbitography Multi-Mission Center) situé à Toulouse et chargé des calculs d'orbite et de la trajectographie. Les stations terriennes utilisées pour les échanges de données et le suivi du satellite sont situées à Issus Aussaguel (CNES, France), à Fairbanks en Alaska, à Wallops Island (Virginie) et à Hartebeesthoek (CNES, Afrique du sud)

Jason-1 est lancé le 7 décembre 2001 depuis la base de lancement de Vandenberg par un lanceur Delta II. Le lanceur place également en orbite un deuxième satellite TIMED de masse équivalente à Jason-1. Jason-1 est placé sur une orbite basse de 1 336 km avec une inclinaison orbitale de 66,0° qu'il parcourt en 120 minutes. Tous les 10 jours après 127 révolutions, il repart sur la même trajectoire. Cette orbite limite ses observations aux latitudes comprises entre -66° et +66°[4].

Jason-1 est lancé alors que TOPEX/Poseidon est encore actif ce qui permet, comme le souhaite les concepteurs de la mission, d'étalonner les instruments en utilisant comme référence les données fournies par TOPEX/Poseidon. Les deux satellites parcourent la même orbite avec Jason-1 précédant TOPEX/Poseidon d'une minute. La comparaison fructueuse entre les données des deux satellites se poursuit durant 3 ans[4]. Jason-2, le successeur de Jason-1 est lancé le 20 juin 2008 alors que Jason-1 qu'il remplace est toujours opérationnel. Le recouvrement entre les deux missions permet d'étalonner les instruments de Jason-2 avec ceux de Jason-1 durant trois ans. En décembre 2011, Jason-1 fête ses dix ans[5]. La mission de Jason-1 s'achève fin juin 2013 à la suite de la panne du deuxième et dernier radio-émetteur. Le satellite, est placé sur une orbite relativement haute, ne doit pas rentrer dans l'atmosphère avant 1 000 ans[4].

Jason-2, officiellement OSTM/Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission), prend la suite du satellite TOPEX/Poseidon lancé en 1992 et de son successeur Jason-1 lancé en 2001. Ces deux satellites collectent des données permettant de mieux comprendre les interactions entre les courants océaniques et le climat. Ils permettent d'établir que les océans absorbent plus de 80 % de la chaleur provenant du réchauffement atmosphérique le reste est capté par l'air, les terres émergées et les glaciers qui fondent. Avec des caractéristiques proches de celles de Jason-1 [6], Jason-2 est construit également par Thales Alenia Space[7] dans l'établissement de Cannes. Il est capable de mesurer le niveau global des océans avec une précision de 2 cm, la hauteur des vagues et la vitesse des vents. Il couvre l'ensemble de la planète tous les dix jours[8].

Les quatre partenaires français et américains de Jason-2 sont :

• le CNES.
• EUMETSAT, partenaire du programme pour la première fois.
• la NASA.
• la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

Le directeur scientifique est le professeur Lee-Lueng Fu du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena.

Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission ou OSTM pour la NASA), est lancé le 20 juin 2008 par un lanceur Delta II 7320 de United Launch Alliance depuis la base de lancement de Vandenberg[9] en Californie. Le satellite de 500 kg est placé sur son orbite à 1 335 km en 55 minutes.

En juillet 2017, à la suite de la dégradation de certains composants critiques du satellite, l'équipe au sol décide de faire quitter l'orbite pour réduire les risques pour les satellites opérationnels. Mais sur son orbite légèrement plus basse, continue à fonctionner avec une fréquence de revisite plus espacée mais avec une meilleure résolution spatiale. Ces nouvelles conditions de fonctionnement sont mises à profit pour étudier le champ gravitationnel des régions maritimes et la cartographie des fonds marins. La mission prend fin le 1^er octobre 2019 après plus de 11 années de service opérationnel soit pratiquement quatre fois la durée de vie pour laquelle le satellite est conçu. Au cours de sa mission, le satellite mesure une élévation de 5^quoi du niveau général des mers, un phénomène qui reflète le changement climatique en cours. Environ 1 millions d'ensemble de données sont produits et celles-ci permettent la rédaction de plus de 2 100 papiers scientifiques. Jason-2 permet d'améliorer les prévisions de l'intensité des ouragans et fournit des informations importantes sur les vents marins et les vagues. La décision d'arrêter la mission est prise à la suite d'une dégradation importante du système d'alimentation électrique. Conformément à la législation sur les débris spatiaux, Jason-2 doit manœuvrer pour quitter l'orbite altimétrique de référence (1 336 km et inclinaison orbitale de 66°) et être placée sur une orbite cimetière[10] - [11].

Le satellite Jason-2 emporte trois expériences spécifiques :

• LPT (Light Particle Telescope) de l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA).
• Carmen-2 (dosimètre de radiation).
• T2L2 (Transfert de temps par lien laser) du CNES, permettant la synchronisation d'horloges distantes avec une très grande précision. La performance de moins d'une nanoseconde est obtenue depuis trois stations dans le monde, dont celle du CERGA à Grasse et son expérience développée depuis les années 1980 avec des tirs laser sur les rétroréflecteurs du véhicule lunaire soviétique Lunokhod et d'autres satellites de géodésie en orbite terrestre basse[12].

Jason-3 est pratiquement une copie de Jason-2. Le CNES décide de sa construction le 24 février 2010[13]. Il est financé par la NOAA américaine, à concurrence de 69 millions de dollars américains sur les années 2011 à 2013, fournissant le radiomètre à micro-ondes et le lanceur[14].

Le lancement est prévu le 21 juillet 2015 sur le lanceur Falcon 9 de SpaceX depuis le complexe 4 de la base de lancement de Vandenberg en Californie[15]. Le lancement est repoussé de plusieurs mois à la suite des difficultés rencontrées[16] par le lanceur de la compagnie californienne. Jason-3 est lancé le 17 janvier 2016, à 17 h 42 TU depuis la base de lancement de Vandenberg en Californie par un lanceur Falcon 9.1.1. À 21 h 20 TU, le centre de contrôle reçoit la confirmation que les panneaux solaires sont déployés et que le satellite est opérationnel[17].

• (fr) (en) Brigitte Thomas, Liliane Feuillerac (CNES), (traduction Vincent Boyd), « Jason 2 : vers une océanographie opérationnelle », dans CNESMAG, N^o 37, avril 2008.

• Circulation océanique
• Altimétrie satellitaire
• TOPEX/Poseidon, prédécesseur de la série Jason.
• T2L2, expérience technologique embarquée à bord de Jason 2.
• PROTEUS, plate-forme utilisée pour les satellites.
• Centre spatial de Cannes - Mandelieu, constructeur des satellites.

• Jason-1, Jason-2, Jason-3 sur le site du CNES.
• Voir Jason dans l'encyclopédie CASPWiki.
• (en) Jason-1, Jason-2, Jason-3 sur le site EO Portal de l'Agence spatiale européenne.
• (en) Jason-1, Jason-2, Jason-3 sur le site de la NASA/JPL.
• Aviso le site Aviso Altimétrie, tout sur l'altimétrie, les satellites et les applications.
• (en) Cours d'altimétrie satellitaire.

• (en) Vidéo clip Thales Jason-3 sur Youtube.