Contexte

GOCE était la première mission cadre de la famille Earth Explorer du programme Living Planet de l’ESA. Elle a été sélectionnée en novembre 1999. Dans cette famille de missions se trouve également la mission SWARM ainsi que celle du satellite Aeolus, aujourd’hui terminée.

Le géoïde est la surface de l'océan global au repos (sans courants), qui constitue une équipotentielle de pesanteur, c'est-à-dire une surface où l'eau est en équilibre gravitationnel et n'a de raison de s'écouler dans un sens ou un autre. Le géoïde se prolonge sous les continents, définissant ainsi le niveau zéro des altitudes.

La mission de GOCE avait pour objectif de fournir des données pour mieux définir cette surface de référence.

L'objectif scientifique de GOCE était de cartographier le champ de gravité terrestre à haute résolution (100 Km sur le globe, ou un modèle du champ de gravité développé jusqu'au degré 200) avec une erreur inférieure à 2-3 cm à cette échelle. Une amélioration de la précision d'environ un ordre de magnitude du modèle de champ de gravité était attendue grâce à la combinaison des instruments performants et une altitude basse (la sensibilité d'un satellite au champ de gravité diminue rapidement en fonction de l'altitude).

GOCE, à l'opposé de GRACE, mesurait la partie statique, ou moyenne, du champ de gravité, et permettait de fournir la surface de référence, appelée le géoïde, nécessaire aux océanographes afin de déduire le niveau moyen des océans et les courants. Le modèle du champ de gravité et les gradients de gravité fournis par le satellite, sont aussi d'une grande utilité pour les études géophysiques et pour la géodésie.

Instruments

Pour remplir l'objectif scientifique, la charge utile était constituée des instruments suivants :

• Un gradiomètre à trois axes orthogonaux (radial, le long de la trace, normal au plan d'orbite), constitué de trois paires d'accéléromètres (à trois axes, précision 10^-12 ms^-2Hz-0,5) par axe séparés par une distance de 50 cm. Les gradients de gravité étaient mesurés avec une très grande précision de 3 mE (milli-Eötvös ; 10^-12s^-2) dans la bande passante de 0,005 à 0,1 Hz. Les accéléromètres ont été construits par l'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales).
• Un récepteur GPS Lagrange pour le calcul d'orbite précise.
• Un réflecteur laser pour le calcul d'orbite précise.
• Des senseurs d'étoiles afin de mesurer l'attitude inertielle du satellite.

Déroulé du projet

Le lancement, depuis la base de Plesetsk, a eu lieu le 17 mars 2009.

La mission devait à l'origine terminer sa cartographie du champ de gravité terrestre. En avril 2011, elle a été étendue de 18 mois. Elle s'est terminée le 21 octobre 2013.

C'était la première mission scientifique à trainée compensée, une condition nécessaire pour le bon fonctionnement du gradiomètre, mais aussi pour la survie du satellite : l'altitude très basse de la mission, 265 Km, aurait entraîné sa perte dans l'atmosphère en quelque mois seulement sans compensation.

L'annulation du freinage atmosphérique dans la direction du mouvement était possible grâce aux moteurs ioniques avec des poussées hautement variables.

Les produits de niveau 2 suivants étaient disponibles à peu près 6 mois après la fin de la mission :

• Modèle de champ de gravité jusqu'au degré 200 (minimum) et sa matrice de variance-covariance
• Les orbites précises (par les méthodes cinématiques et dynamiques réduites)
• Les gradients de gravité étalonnés et corrigés

Organisation

Réalisation

La maitrise d’œuvre a été confiée à Thales Alenia Space, et Airbus Defence and Space a fourni la plateforme. L’instrument principal a été développé par l’ONERA et réalisé par Alcatel Space.
 

Segment sol

La mission était suivie et contrôlée depuis la station au sol ESTRACK, à Kiruna en Suède et depuis la station SvalSat, au Svalbard en Norvège.
 

Traitement des données

L'équipe de Géodésie Spatiale du CNES était membre du consortium EGGC (European Gravity Gradient Consortium) choisi par l'ESA pour le traitement de données de la mission, et en particulier pour la modélisation du champ de gravité par la méthode numérique directe.

Un bureau national de coordination des utilisateurs : FROG (French Resources Organization for GOCE) avait également été créé au Laboratoire de Gravimétrie et Géodynamique de l’IPGP.