Le satellite CALIPSO

Le satellite CALIPSO était constitué :

• D’une plateforme PROTEUS (Plateforme Reconfigurable pour l'Observation, pour les Télécommunications et les Usages Scientifiques). Cette plateforme est conçue pour des satellites de masse environ 500 kg au lancement.
• D’une charge utile composée :
  • D’un lidar à rétrodiffusion (instrument principal (532 nm et 1064 nm avec polarisant), équipé d'un télescope de 1 mètre de diamètre),
  • D'une caméra visible (WFC : Wide-Field Camera),
  • D’un radiomètre Imageur infra-rouge (IIR : Imaging Infrared Radiometer).

Les principales caractéristiques du satellite CALIPSO

Le satellite a été placé en orbite par un lanceur du type SELV Classe B (Delta2) fourni par la NASA, et lancé depuis Vandenberg, en configuration de lancement double avec Cloudsat.

Localisation des instruments

L’instrument lidar CALIOP

CALIOP (Cloud-Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization) était un lidar à rétrodiffusion à deux longueurs d'ondes (532 et 1064 nm) et sensible à la polarisation à 1064 nm. Il fournissait des profils verticaux à haute résolution des nuages et des aérosols.

CALIOP avait trois canaux de réception qui mesuraient l'intensité rétrodiffusée à 1064 nm et deux composantes polarisées, parallèlement et perpendiculairement au plan de polarisation du faisceau émis, à 532 nm.

Le télescope de réception avait un diamètre de 1 m. Le champ de vue du télescope était de 130 µrad ce qui donnait une empreinte au sol d'environ 90 m de diamètre.

La numérisation sur 14 bits pour chaque voie de réception assurait une dynamique correspondant à 22 bits qui convenait pour mesurer les signaux rétrodiffusés par les nuages aussi bien que le ciel clair. Un mécanisme actif de pointage est utilisé pour asservir les faisceaux d'émission et de réception.

Spécifications du Lidar

La caméra visible WFC

La caméra visible (Wide Field of View Camera) était destinée à fournir, de jour, le contexte de la mesure lidar.

C'était un imageur mono-canal à 645 nm dérivé d'un senseur d'étoiles commercial de la société américaine Ball Aerospace.

Le champ de vue était de 60 km, centré sur le spot lidar. Le détecteur était une matrice de CCD 512 x 512 pixels. La taille du pixel était de 125 m au sol. La pleine résolution était conservée dans une zone de 5 km de part et d'autre de la trace du satellite. En dehors de cette zone, la résolution était dégradée à bord à 1 km.

Les images de la caméra fournissaient le contexte météorologique pour l'analyse scientifique des profils verticaux réalisés par le lidar permettant de colocaliser les observations faites par CALIPSO avec celles faites par AQUA ou Parasol. La caméra pouvait acquérir des données scientifiques uniquement pendant les portions de jour de l'orbite. La caméra grand champ n'avait pas de dispositif de calibration à bord.

Le radiomètre imageur infrarouge

L'instrument Imageur Infrarouge, développé par la Société SODERN sous la maîtrise d'œuvre du CNES, constituait la partie instrumentale fournie par la France à la charge utile scientifique de la mission CALIPSO.

Le Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) a conçu et développé le corps noir de l'instrument et réalisé son étalonnage au sol.

L'instrument IIR était un radiomètre imageur à 3 canaux dans l'infrarouge thermique à 8.65 µm, 10.6 µm et 12.05 µm. Les images de l'IIR permettaient de situer le contexte de la mesure lidar de nuit et d'assurer la co-registration avec le radiomètre multispectral Modis embarqué sur le satellite Aqua. Les mesures de l'IIR, utilisées avec les produits du lidar, permettaient de plus de restituer la taille des particules de glace dans les nuages semi-transparents.

Le nombre et le choix des bandes spectrales ont été optimisés pour augmenter l'efficacité de cette restitution. En effet, alors que le couple classique de canaux 11-12 µm était sensible aux petites particules, le couple 8.5-12 µm était plus sensible aux grosses particules. Une meilleure discrimination des effets d'absorption et de diffusion des cristaux de forme complexe était recherchée avec une différenciation des sphères et des formes hexagonales.

La conception de l'IIR utilisait une adaptation d'une caméra infrarouge monocanal développée dans le cadre du projet IASI à bord des satellites de la famille Metop. Celle-ci utilisait un détecteur microbolométrique non refroidi.