Le projet initial GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) était un projet commun entre l'agence spatiale américaine (NASA) et le centre aérospatial allemand (DLR). Les deux satellites de construction identique, qui se suivaient l'un l'autre à une faible distance d'environ 200 km sur la même orbite, ont été mis en orbite le 17 mars 2002 depuis Plesetsk en Russie.
Les satellites ont mesuré en continu leur distance mutuelle à l'aide de micro-ondes. L'attraction de la masse a influencé l'orbite des satellites et leur vitesse. Les modifications minimales de distance qui en résultaient ont permis de tirer des conclusions précises sur la répartition des masses sur la Terre et ses modifications. Des informations importantes ont ainsi pu être obtenues sur l'ampleur de la fonte des calottes polaires, la diminution des réservoirs d'eau souterraine et l'estimation de l'élévation du niveau de la mer.
Après plus de 15 ans, les deux satellites ont atteint la fin de leur durée de vie - des problèmes de batterie et de carburant ont conduit à l'arrêt de la mission. Mais en raison de leur grande pertinence pour la recherche sur le système terrestre, le Centre allemand de recherche géologique de Potsdam (GFZ) et la NASA ont lancé en mai 2018 la mission de suivi GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On), qui doit poursuivre les objectifs du projet initial.
Une nouvelle technologie pour une mission éprouvée
Les "jumeaux" GRACE et leurs successeurs ont été construits par Airbus Defence and Space. Pour le contrôle d'attitude et la détermination des forces perturbatrices non gravitationnelles, les deux satellites ont embarqué des capteurs stellaires et des accéléromètres. La position et la vitesse des satellites ont été déterminées par des récepteurs GPS et par des rétroréflecteurs de repérage laser par satellite. De plus, les deux satellites sont équipés d'un système à micro-ondes dans la bande K, qui permet de déterminer la distance et surtout son changement avec une précision meilleure que 0,1 µm/s. En outre, GRACE-FO embarque également un interféromètre de repérage laser (LRI) à des fins de démonstration technologique.
Le système de mesure de déplacement KD-5100 fourni par Althen fait partie du terminal de communication laser (LCT), qui permet de transmettre des faisceaux lumineux ou laser sur de longues distances.
KD-5100 : guidage des faisceaux laser avec une précision nanométrique
Le KD-5100 sert à orienter les miroirs laser à l'intérieur des LCT des deux satellites GRACE-FO. Pour que les satellites puissent communiquer entre eux par laser, deux capteurs à courants de Foucault précisément adaptés l'un à l'autre sont positionnés sur deux axes de coordonnées à l'arrière de chaque miroir de guidage à servocommande (Fast Steering Mirror - FSM). Si l'un des miroirs se déplace, l'autre est suivi en conséquence. Le signal de sortie du KD5-100 est utilisé pour contrôler activement la position des rétroviseurs. Le système de mesure de haute précision fonctionne avec une résolution de l'ordre du nanomètre. Outre son utilisation dans les satellites, le KD-5100 est également utilisé dans les stations terrestres ainsi que dans les systèmes de stabilisation d'image.
Chacun des deux satellites actuels fournit chaque jour jusqu'à 200 profils de la répartition des températures et de la teneur en vapeur d'eau dans l'atmosphère et l'ionosphère. Ceux-ci sont notamment utilisés pour améliorer les prévisions météorologiques. Grâce à GRACE-FO, il existe pour la première fois depuis 2020 des données mondiales régulières sur l'humidité du sol et l'état des nappes phréatiques.