Dernières images du satellite pendant sa rentrée atmosphérique - Crédits : Fraunhofer FHR.

Un satellite dans le vent, mais pas que !

Aeolus est une mission de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), en collaboration avec l’Agence Spatiale Allemande (DLR).

Lancé le 23 août 2018 sur un lanceur VEGA, il s’agissait du premier satellite capable d’observer les vents par technologie laser. Pour cela, sa charge utile embarquait, à près de 320 kilomètres d’altitude, l’instrument Aladin, un Lidar-Doppler. 

Au cours de son exploitation, le satellite a fourni des profils atmosphériques précis de vents, d’aérosols et de nuages. Ces données ont permis d’améliorer notre capacité à élaborer des modèles de prévisions météorologiques et à comprendre et prédire l’évolution du climat. Il a pu en particulier, étudier la couche la plus basse de l’atmosphère, de 0 à 30 km d’altitude, une prouesse !

Le satellite AEOLUS, vue d’artiste – Crédits : ESA.

Eviter les débris et risques environnementaux

Lutter contre le problème d’encombrement des orbites posé par les débris spatiaux, dont l’augmentation menace l’accès à l’espace et représente un risque pour les autres satellites en service, est un enjeu majeur pour les activités spatiales aujourd’hui. La réglementation internationale sur la réduction des débris spatiaux fixe une limite à la durée de vie d'un satellite en orbite une fois sa mission achevée : elle ne doit pas dépasser 25 ans. Toutefois, cette règlementation n’étant pas en vigueur lors de la conception d’Aeolus dans les années 90, ses perspectives de retraite n’étaient pas actées lors de son lancement. Les agences responsables du satellite ont donc élaboré un plan de fin de vie au cours de la mission.

La solution retenue devait satisfaire à la fois l’exigence de réduction des débris dans l’espace et les exigences environnementales terrestres relatives aux conséquences d’une rentrée atmosphérique.

Les opérations de rentrée atmosphérique

En orbite autour d’un objet massif, la règle est toujours la même : lorsqu’on ralentit, on perd de l’altitude et l’on s’en rapproche, lorsqu’on accélère, on s’en éloigne. 

Les satellites présents en orbite terrestre basse sont officiellement dans l’espace, au-dessus de la ligne de Karman, convention placée à 100 km d’altitude, mais ne sont pas pour autant complètement hors de l’atmosphère de la Terre. Ils sont également soumis aux effets de l’activité solaire. La combinaison de ces deux influences les ralentit peu à peu. Il est d’ailleurs souvent nécessaire de rallumer un moteur pour leur donner une accélération et ainsi rehausser leurs orbites. C’est le cas par exemple pour la Station Spatiale Internationale, dont l’orbite est régulièrement réhaussée par les moteurs des vaisseaux qui s’y amarrent.

Trajectoire de rentrée atmosphérique d'AEOLUS - Crédits : ESA.

Lors de ses dernières orbites en autonomie, Aeolus est peu à peu descendu de quelques 40 kilomètres, à 280 km d’altitude.

C’est à ce moment-là qu’un ordre de modification de trajectoire a été envoyé par les équipes au sol : une série de manœuvres l'a rapproché encore de la Terre, à 150 km d’altitude. Enfin, les dernières commandes ont été effectuées pour le placer à 80 km d’altitude, où la densité de l’air dans l’atmosphère était suffisante pour provoquer sa désintégration.

Le saviez-vous ?

Après l'envoi des dernières commandes, Aeolus a été "passivé".

La passivation consiste à retirer toute énergie à bord d'un engin spatial, par exemple son carburant ou ses batteries. Cette opération permet d'éviter les explosions et les fragmentations qui pourraient entraîner la libération de nombreux débris indésirables. Dans le cas d'Aeolus, qui n'avait déjà plus de carburant, il s’agissait simplement de l’éteindre tout en continuant à le surveiller jusqu'à ce que son lieu de rentrée précis soit confirmé. 

Après une mission bien remplie et des observations cruciales de notre atmosphère pour les météorologistes et climatologues, c’est vers 21h (heure française) le 28 juillet 2023 qu’Aeolus a fini sa mission par un trait de lumière dans le ciel de l’Antarctique.

Cette rentrée atmosphérique assistée a réduit d’un facteur 150 le risque déjà faible de chute de débris du satellite sur Terre et permis de raccourcir de quelques semaines la durée pendant laquelle Aeolus se trouvait en orbite sans aucun contrôle, limitant ainsi le risque de collision. Des débris ont tout de même pu tomber sur Terre, suivant une trajectoire connue des équipes de contrôle de la mission et dans une zone considérée comme sans risque majeur.

Carte de rentrée atmosphérique d'Aeolus - Crédits : ESA.

Le rôle du CNES dans la mission Aeolus

Sélectionnée en 1999 comme l’une des deux missions phares du programme Living Planet de l’Agence spatiale européenne (ESA), Aeolus doit beaucoup à l’expertise française internationalement reconnue en matière de lidars, concentrée notamment dans les laboratoires LATMOS et LMD de l’IPSL. Le CNES a soutenu, en coordination avec l’ESA, les équipes de recherche françaises impliquées dans la conception et le développement de la mission. Le soutien du CNES s'est poursuivi sur les phases de calibration/validation et d’exploitation (tests d’assimilation dans les modèles météorologiques opérationnels notamment) conduits à partir de 2018.