Mercator, UAV ultra-léger pour le programme GMES

Un ultra-léger pour observer l'environnement
20 décembre 2006

Le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek) ou Institut flamand pour la Recherche technologique, qui est implanté à Mol, Il a un département très actif en télédétection et pour les systèmes d'observation de la Terre. Avec son projet Mercator d'UAV ultra-léger électrique, il entend apporter une contribution originale au programme européen GMES (Global Monitoring for Environment & Security).

A l'occasion du programme Végétation qui est né dans les années 90 d'une coopération entre le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) en France, la Commission Européenne (avec le Centre Commun de Recherche à Ispra), le Service fédéral belge de Programmation de la Politique Scientifique (SPP), le Swedish National Space Board (SNSB) et l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), le VITO s'est mis à l'heure des applications spatiales. Son département d'expertise Teledetectie en Aardobservatie Processen (TAP) a créé en son sein le Centre de Traitement des Images Végétation (CTIV), qui archive et traite les images des instruments Végétation-1 et Végétation-2 des instruments, respectivement, à bord des satellites SPOT-4 et SPOT-5. Ceux-ci évoluent sur le même plan orbital à 830 km d'altitude depuis mars 1998 et mai 2002.

Apprentissage avec Végétation

Mercator-1 prend forme chez Verhaert Space
Mercator-1 prend forme chez Verhaert Space

Passant à une vingtaine de minutes d'intervalle au-dessus des mêmes sites, le duo Végétation ausculte de façon continue la surface terrestre dans quatre bandes spectrales (bleu, rouge, proche infrarouge, moyen infra-rouge). Les prises de vues avec une fauchée de 2250 km offrent une résolution constante de 1150 m. Les données sont captées par la station suédoise de Kiruna, puis transmises et stockées au CTIV à Mol. Leur dissémination se fait via le système Eumetcast/Geonetcast de l'organisation Eumetsat. Les images Végétation permettent aux pays en développement de s'initier à leur exploitation en ce qui concerne l'occupation et l'utilisation des sols, les changements de la biosphère, l'interactivité entre climat et végétation, les problèmes posés à l'environnement, les feux de forêts et les zones de brûlis, les ressources en eau, les risques d'inondations et de glissements de terrain…

Avec son initiative PEGASUS (Policy support for European Governments by Acquisition of Information from Satellite and UAV borne Sensors), le VITO s'est lancé dans le développement d'un nouvel outil de surveillance pour l'environnement et la sécurité : il s'agit de Mercator, petit avion sans pilote ou UAV, ultra-léger et à énergie solaire, équipé pour des prises de vues et de données à haute altitude pendant plusieurs mois. Son rôle est de compléter judicieusement et à un coût moindre les observations faites depuis l'espace. Cet outil est développé pour répondre aux besoins et services de GMES (Global Monitoring for Environment & Security), programme conjoint de l'Union Européenne et de l'ESA.

Aéro-stationnaire

Essais en vol du prototype Mercator
Essais en vol du prototype Mercator

Tous les trois ans, dans le cadre de PEGASUS, le VITO a pris l'habitude d'organiser un Colloque international qui fait le point sur l'avenir des systèmes de télédétection. La seconde édition qui s'est tenue à Anvers les 17 et 18 octobre a mis en évidence l'intérêt du HALE-UAV (High Altitude Long Endurance-Unmanned Aerial Vehicle) pour des missions de télédétection de longue durée. Le modèle de vol du Mercator-1, avec la station mobile de pilotage, a été présenté par son maître d'œuvre, Verhaert Space, qui fait partie du groupe britannique QinetiQ. Cet appareil, d'une masse d'à peine 32 kg, consiste en un mât central avec l'électronique de bord et une aile couverte de cellules solaires qui produisent 1 kW. De quoi alimenter deux micro-propulseurs électriques, une charge utile faite de senseurs optiques, un équipement de localisation GPS , ainsi qu'un système de communications et de transmission des données en bande S. Le principal défi de Mercator-1, dont la réalisation tire parti des tests de la plate-forme aérienne Zephyr de QinetiQ, est de se maintenir stable à de hautes altitudes (entre 15.000 et 18.000 m) et au-dessus d'un point : il ne peut constituer une gêne pour le trafic aérien.

Le baptême de l'air de Mercator-1 est prévu durant l'été 2007. Il s'agira d'un vol de trois jours au-dessus de la Flandre, après avoir été hissé à 15.000 m au moyen d'un ballon. Pour cette première mission, l'UAV ultra-léger sera équipée d'une caméra miniaturisée Medusa (2 kg) pour des images optiques qui permettront d'observer au sol des détails d'une trentaine de centimètres. Elle est mise au point par le VITO en coopération avec Cypress, Lambda X, OMP, Septentrio, Thales Alenia Space Antwerpen, Vector International et Verhaert Space. Une fois sa mission terminée, Mercator-1 sera récupéré par parachute.

Multiplicité d'observations

Le télescope Mercator aux Canaries (La Palma)
Le télescope Mercator aux Canaries (La Palma)

Le UAV, Mercator, est financé par la Région flamande (10,989 millions) et par le VITO (1,36 million). La Politique scientifique fédérale finance via un budget Prodex de l'ESA (3,7 millions) le développement de la caméra optique.

L'objectif est d'arriver à effectuer des missions d'au moins une demi-année avec différentes charges utiles dont la masse n'excède pas les 2 kg: un instrument multispectral haute résolution, un mini-SAR (radar à synthèse d'ouverture), un altimètre laser (lidar), une caméra numérique infrarouge, un senseur hyperspectral... Le VITO et Verhaert Space proposent Mercator à la Commission européenne pour un déploiement dès 2010 d'une dizaine d'avions Mercator sur diverses régions d'Europe pour la surveillance de l'environnement, pour la sécurité des citoyens, pour des missions de gestion et de protection... L'Institut d'Aéronomie Spatiale de Belgique envisage son utilisation avec des spectromètres ultraviolet et des senseurs infrarouge pour des mesures précises de la composition chimique de l'atmosphère.

La Flandre dans l'orbite Mercator (1512-1594)

Le nom du célèbre cartographe européen du 16ème siècle, qui s'appelait Gérard Cremer, est mis à l'honneur dans les réalisations flamandes en astronomie, en astronautique et en aéronautique.

- Le projet belge de petit satellite - ce qui allait devenir PROBA – fut proposé au Conseil ministériel de l'ESA à Grenade (novembre 1992) sous le nom de Mercator.

- L'Institut d'Astrophysique de la KUL (Katholieke Universiteit Leuven) a installé à l'observatoire Roque de los Muchachos de l'île de La Palma (Canaries) son télescope Mercator doté d'un miroir primaire de 1,20 m de diamètre. Il est exploité en collaboration avec l'Observatoire de Genève.

- L'avion ultra-léger pour des observations de longue durée à haute altitude donne naissance à la famille des UAV Mercator.

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