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Landsat 8
Description de cette image, également commentée ci-après
Landsat 8 during ground testing
Données générales
Organisation NASA/USGS
Constructeur Orbital Sciences (maître-d'œuvre)
Ball Aerospace (OLI)
NASA GSFC (TIRS)
Programme Programme Landsat
Domaine Observation de la Terre
Lancement 11 février 2013 à 18h02 UTC depuis Vandenberg SLC-3E
Lanceur Atlas V 401 AV-035
Durée de vie 5–10 ans (prévue)
Identifiant COSPAR 2013-008A
Site landsat.usgs.gov/landsat8
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 2 623 kg
Plateforme LEOStar-3
Contrôle d'attitude Stabilisé 3 axes
Orbite héliosynchrone
Périgée 701,0 km
Apogée 703,0 km
Période 98.8 min
Inclinaison 98.2248°
Excentricité 0.0001310
Demi-grand axe 7 080,48 km[1]
Principaux instruments
Operational Land Imager (OLI) Radiomètre multispectral
Thermal InfraRed Sensor (TIRS) Radiomètre multispectral infrarouge
Logo

Landsat 8 est un satellite d'observation de la Terre américain lancé le 11 février 2013. Il s'agit du huitième satellite du programme Landsat et le septième à atteindre l’orbite avec succès. Initialement appelé Landsat Data Continuity Mission (LDCM), il s'agit d'une collaboration entre la NASA et le United States Geological Survey (USGS). Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, a assuré le développement, l'ingénierie des systèmes de mission et l'acquisition du lanceur, tandis que l'USGS a assuré le développement des systèmes au sol et poursuivra les opérations de la mission.

Le satellite a été construit par Orbital Sciences Corporation, qui a été le maître d'œuvre de la mission[2]. Les instruments du satellite ont été construits par Ball Aerospace et le Goddard Space Flight Center de la NASA[3], et le lancement a été confié à United Launch Alliance[4]. Au cours de ses 108 premiers jours en orbite, LDCM a été soumis aux évaluations par la NASA et le 30 mai 2013, les opérations ont été transférées de la NASA à l'USGS lorsque LDCM a été officiellement renommé Landsat 8[5].

La flotte d'observation de la Terre de la NASA (avec Landsat 8).

Sommaire

Vue d'ensemble de la missionModifier

Avec le retrait de Landsat 5 début 2013, laissant Landsat 7 comme seul satellite du programme Landsat en orbite, Landsat 8 assure l'acquisition continue et la disponibilité des données Landsat utilisant une charge utile à deux capteurs, l'Operational Land Imager (OLI) et le Thermal InfraRed Sensor (TIRS). Respectivement, ces deux instruments collectent des données d'image pour neuf bandes d'ondes courtes et deux bandes thermiques d'ondes longues. Le satellite a été développé pour une durée de vie de mission de 5,25 ans, mais a été lancé avec suffisamment de carburant à bord pour assurer plus de dix ans d'exploitation.

Landsat 8 comprend trois objectifs scientifiques et missions-clés :

  • Recueillir et archiver des données d'images multispectrales à résolution moyenne (résolution spatiale de 30 mètres) permettant une couverture saisonnière des masses continentales mondiales pendant une période d'au moins cinq ans ;
  • Veiller à ce que les données Landsat 8 soient suffisamment cohérentes avec les données des missions Landsat précédentes en termes de géométrie d'acquisition, d'étalonnage, de caractéristiques de couverture, de caractéristiques spectrales, de qualité du produit produit et de disponibilité des données pour permettre des études sur l'évolution de la couverture terrestre et de l'utilisation des terres ;
  • Distribuez gratuitement les produits de données Landsat 8 au grand public, sans discrimination et sans frais pour l'utilisateur[6].

Détails techniquesModifier

 
L'image est une image satellite des cultures irriguées et du canal d'irrigation de Kakhovka (Ukraine). Elle a été prise le 7 août 2015 par Landsat 8 (OLI). L'image est créée en tant que composite en couleurs vraies, avec R - bande rouge (0,64 - 0,67 µm), G - bande verte (0,53 - 0,59 µm) et B - bande bleue (0,45 - 0,51 µm). Cette combinaison de bandes convient au suivi des cultures. Pour accentuer les caractéristiques, l'image a été affinée par bande panchromatique. La procédure adaptative non linéaire de contraste a également été appliquée.
 
Première image de Landsat 8. Cette zone est celle de Fort Collins, Colorado, États-Unis. L’image est représentée en couleurs naturelles à l'aide des bandes spectrales Operational Land Imager (OLI) 2 (bleu), 3 (vert) et 4 (rouge).
 
Première image de Landsat 8. Cette zone est celle de Fort Collins, Colorado, États-Unis et l'image provient des bandes spectrales Operational Land Imager (OLI) 3 (vert), 5 (infrarouge proche) et 7 (infrarouge 2 à ondes courtes) affichées respectivement en bleu, vert et rouge.

Landsat 8 fournit des images à résolution moyenne, allant de 15 mètres à 100 mètres, de la surface terrestre et des régions polaires. Il fonctionne dans les spectres visible, proche infrarouge, infrarouge à ondes courtes et infrarouge thermique. Landsat 8 capture plus de 700 scènes par jour, soit une augmentation par rapport aux 250 scènes quotidiennes de Landsat 7. Les capteurs OLI et TIRS verront une performance radiométrique signal sur bruit (SNR) améliorée, permettant une quantification sur 12 bits des données permettant davantage de bits pour une meilleure caractérisation de la couverture terrestre.

Paramètres prévus pour les produits Landsat 8 standard [7]

  • Type de produit : niveau 1T (terrain corrigé)
  • Format de sortie : GeoTIFF
  • Taille des pixels : 15 mètres/30 mètres/100 mètres (panchromatique/multispectral/thermique)
  • Projection cartographique : UTM (stéréographique polaire pour l'Antarctique)
  • Datum : WGS 84
  • Orientation : Nord en haut (carte)
  • Ré-échantillonnage : convolution cubique
  • Précision :
    • OLI : erreur circulaire de 12 mètres, confiance à 90%
    • TIRS : erreur circulaire de 41 mètres, confiance à 90%

SatelliteModifier

Le satellite Landsat 8 a été construit par Orbital Sciences Corporation, sous contrat avec la NASA, et utilise la plate-forme standard LEOStar-3 d'Orbital. Orbital était responsable de la conception et de la fabrication de la plate-forme de Landsat 8, de l'intégration des instruments de charge utile fournis par le client et des tests d'observatoire complets, y compris ceux relatifs à l'environnement et à l'EMI/EMC[8]. Le satellite fournit la puissance, le contrôle d'orbite et d'attitude, les communications et le stockage de données à OLI et à TIRS.

Tous les composants, à l'exception du module de propulsion, sont montés à l'extérieur de la structure primaire. Un seul panneau solaire déployable génère de l'énergie pour les composants du satellite et charge la batterie nickel-hydrogène (Ni-H2), d'une capacité de 125 ampères-heure. Un enregistreur de données SSD de 3,14 terabits assure le stockage des données à bord et une antenne en bande X transmet les données OLI et TIRS en temps réel ou lues à partir de l'enregistreur de données. L'OLI et le TIRS sont montés sur un banc optique à l'extrémité avant de l'engin spatial[9].

Operational Land ImagerModifier

 
Schéma de l'instrument OLI.

L'Operational Land Imager (OLI) de Landsat 8 est amélioré par rapport aux capteurs Landsat antérieurs et a été construit, sous contrat avec la NASA, par Ball Aerospace. OLI utilise une approche technologique démontrée par le capteur Advanced Land Imager piloté par le satellite expérimental EO-1 de la NASA. L'instrument OLI utilise un capteur en peigne (en) ou pushbroom au lieu de capteurs à balayage (whiskbroom) qui ont été utilisés sur les satellites Landsat précédents. Le capteur pushbroom aligne les rangs de détecteurs d'imagerie le long du plan focal de Landsat 8, ce qui lui permet de visualiser l'intégralité de la bande, le champ de vision transversal de 185 km, par opposition au balayage du champ de vision. Avec plus de 7 000 détecteurs par bande spectrale, la conception du pushbroom se traduit par une sensibilité accrue, moins de pièces en mouvement et une meilleure information sur la surface terrestre.

OLI recueille des données de neuf bandes spectrales. Sept des neuf bandes correspondent aux capteurs Thematic Mapper (TM) et Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM +) des satellites Landsat antérieurs, assurant la compatibilité avec les données Landsat historiques, tout en améliorant les capacités de mesure. Deux nouvelles bandes spectrales, une bande bleu foncé côtier/aérosol et une bande cirrus infrarouge à ondes courtes, permettront aux scientifiques de mesurer la qualité de l'eau et d'améliorer la détection des nuages hauts et minces.

Bandes spectrales d'OLI [10][réf. nécessaire]
Bande spectrale Longueur d'onde Résolution Irradiance solaire
Bande 1 - Côtier/Aérosol 0.433 – 0.453 µm 30 m 2031 W/(m²µm)
Bande 2 - Bleu 0.450 – 0.515 µm 30 m 1925 W/(m²µm)
Bande 3 - Vert 0.525 – 0.600 µm 30 m 1826 W/(m²µm)
Bande 4 - Rouge 0.630 – 0.680 µm 30 m 1574 W/(m²µm)
Bande 5 - Infrarouge proche 0.845 – 0.885 µm 30 m 955 W/(m²µm)
Bande 6 - Infrarouge à ondes courtes 1.560 – 1.660 µm 30 m 242 W/(m²µm)
Bande 7 - Infrarouge à ondes courtes 2.100 – 2.300 µm 30 m 82.5 W/(m²µm)
Bande 8 - Panchromatique 0.500 – 0.680 µm 15 m 1739 W/(m²µm)
Bande 9 - Cirrus 1.360 – 1.390 µm 30 m 361 W/(m²µm)

Thermal InfraRed SensorModifier

 
Thermal Infrared Sensor Design

Le capteur Thermal InfraRed Sensor (TIRS), construit par le Goddard Space Flight Center de la NASA, effectue une imagerie thermique et prend en charge des applications émergentes telles que les mesures du taux d'évapotranspiration pour la gestion de l'eau. Le plan focal de TIRS utilise des matrices de photodétecteurs infrarouges à puits quantiques GaAs (connues sous le nom de QWIP) pour détecter le rayonnement infrarouge, une première pour le programme Landsat. Les données TIRS seront enregistrées dans les données OLI pour créer des produits de données de 12 bits à correction radiométrique, géométrique et du terrain[7]. À l'instar d'OLI, TIRS utilise un capteur à pushbroom d'une largeur de 185 km. Les données pour deux bandes infrarouges à grande longueur d'onde seront collectées avec le système TIRS. Cela assure la continuité des données avec la bande IR thermique unique de Landsat 7 et en ajoute une seconde.

TIRS étant un ajout tardif au satellite Landsat 8, l'exigence de durée de vie théorique a été assouplie afin d'accélérer le développement du capteur. TIRS a donc une durée de vie théorique de trois ans seulement.

Bandes spectrales de TIRS [10]
Bande spectrale Longueur d'onde Résolution
Bande 10 - Infrarouge à grande longueur d'onde 10.30 – 11.30 µm 100 m
Bande 11 - Infrarouge à grande longueur d'onde 11.50 – 12.50 µm 100 m

Système au solModifier

Le système au sol de Landsat 8 remplit deux fonctions principales : le commandement et le contrôle du satellite et la gestion des données de mission envoyées par le satellite. Le commandement et le contrôle des satellites sont assurés par le centre d'opérations de la mission situé au Goddard Spaceflight Center. Les commandes sont envoyées du centre d'opérations de la mission au satellite via un élément de réseau terrestre (Ground Network Element, GNE). Les données de mission du satellite sont redirigées vers des stations de réception à Sioux Falls, dans le Dakota du Sud, à Gilmore Creek, en Alaska, et à Svalbard, en Norvège . À partir de là, les données sont envoyées via le GNE au Earth Resource Observation and Science (EROS) de l'USGS à Sioux Falls, où elles sont ingérées dans le système de traitement et d'archivage des données[11].

HistoriqueModifier

Les plans initiaux de Landsat 8 prévoyaient que la NASA achète des données conformes aux spécifications Landsat 8 à partir d'un système de satellites détenu et exploité commercialement ; toutefois, après une évaluation des propositions reçues de l'industrie, la NASA a annulé la demande de propositions en septembre 2003. En août 2004, un mémorandum de l'Office of Science and Technology Policy (OSTP) de la Maison Blanche a ordonné aux agences fédérales de placer des capteurs de type Landsat sur les satellites NPOESS. Suite à une évaluation de la complexité technique de cette tâche, le projet a encore évolué et le 23 décembre 2005, l'OSTP a publié un mémorandum invitant la NASA à mettre en œuvre Landsat 8 sous la forme d'un satellite libre portant l'instrument nommé Operational Land Imager (OLI). En décembre 2009, il a été décidé d’ajouter un capteur infrarouge thermique (TIRS) à la charge utile de la mission[7].

LancementModifier

 
Lancement de Landsat 8 par une Atlas V

Le satellite a été lancé par une fusée Atlas V 401 équipée d'une coiffe allongée[12] le 11 février 2013 à 18h02 UTC, à partir du Space Launch Complex 3E de la Vandenberg Air Force Base[13]. 78 minutes et 30 secondes plus tard, le satellite s'est séparé de l'étage supérieur de l'Atlas V, achevant le lancement avec succès[14].

Les premières images de l'engin spatial ont été recueillies le 18 mars 2013[15]. Landsat 8 rejoint Landsat 7 sur orbite, offrant une couverture accrue de la surface de la Terre.

Problèmes en orbite avec TIRSModifier

Le 19 décembre 2014, les contrôleurs au sol ont détecté des niveaux de courant anormaux associés à l'électronique du codeur Scene Select Mirror (SSM). L'électronique du SSM a été désactivée avec l'instrument pointé vers le nadir et les données TIRS ont été acquises mais non traitées. Le 3 mars 2015, les opérateurs ont basculé TIRS de l'électronique côté A sur l'électronique B afin de résoudre le problème lié à l'électronique du codeur A. TIRS a repris ses activités normales le 4 mars 2015 et la collecte des données nominales d'étalonnage du corps noir et de l'espace profond a repris le 7 mars 2015[16]. Le 3 novembre 2015, la capacité de TIRS à mesurer avec précision l'emplacement du Scene Select Mirror (SSM) a été compromise et l'encodeur a été mis hors tension[17]. En avril 2016, un algorithme a été développé pour compenser la perte du codeur et la collecte des données a repris[18]. En plus de ces problèmes, TIRS a été lancé avec une anomalie de lumière parasite augmentant la température signalée jusqu'à quatre degrés Celsius dans la bande 10 et jusqu'à 8 degrés Celsius dans la bande 11. Finalement, il a été déterminé que l’anomalie était causée par les réflexions hors champ rebondissant sur un anneau de retenue en alliage métallique monté juste au-dessus de la troisième lentille du télescope TIRS à réfraction à quatre lentilles et sur le plan focal TIRS[19]. En janvier 2017, un algorithme a été développé pour estimer la quantité de lumière parasite et la soustraire des données, réduisant l'erreur à environ 1 Kelvin. En 2017, les opérateurs recommandaient toujours que l'utilisation des données de la bande 11 soit limitée[20].

Notes et référencesModifier

  1. « LANDSAT 8 Satellite details 2013-008A NORAD 39084 », N2YO, (consulté le 25 janvier 2015)
  2. « Fact Sheet - LDCM Earth Image Collection Satellite », Orbital Sciences Corporation (consulté le 12 février 2013)
  3. « LDCM Spacecraft », NASA (consulté le 12 février 2013)
  4. « United Launch Alliance Successfully Launches Second NASA Payload in Just 12 Days », United Launch Alliance, (consulté le 12 février 2013)
  5. « Landsat 8 Satellite Begins Watch », NASA,
  6. U.S. Geological Survey, « Landsat Data Continuity Mission », Rolla Publishing Service Center, (consulté le 12 février 2013)
  7. a b et c U.S. Geological Service, « LDCM History » (consulté le 12 février 2013)
  8. Orbital Sciences Corporation, « LDCM Fact Sheet » (consulté le 12 février 2013)
  9. NASA, « LDCM Press Kit » (consulté le 12 février 2013)
  10. a et b NASA, « Landsat Data Continuity Mission Brochure » (consulté le 12 février 2013)
  11. "Landsat 8 Ground System". Landsat Science. Retrieved: 3 January 2017.
  12. Gunter Krebs, « Atlas-5(401) », Gunter's Space Page (consulté le 12 février 2013)
  13. Justin Ray, « Atlas 5 rocket launch continues legacy of Landsat », Spaceflight Now, (consulté le 12 février 2013)
  14. « Atlas Launch Report - Mission Status Center », Spaceflight Now (consulté le 12 février 2013)
  15. « A Closer Look at LDCM's First Scene », NASA,
  16. « March 6, 2015 - Landsat 8 TIRS Sensor Resumes Nominal Operations » (consulté le 25 juillet 2018)
  17. « November 3, 2015 - TIRS Scene Select Mirror Encoder Current Anomaly » (consulté le 25 juillet 2018)
  18. « April 12, 2016 - Upcoming Landsat 8 TIRS Reprocessing Information » (consulté le 25 juillet 2018)
  19. « Landsat 8 Thermal Stray Light Algorithm » (consulté le 25 juillet 2018)
  20. « How are the Thermal Infrared Sensor (TIRS) thermal bands aboard Landsat 8 used? » (consulté le 25 juillet 2018)

Jhabvala, M.; Choi, K.; Waczynski, A.; La, A.; Sundaram, M.; Costard, E.; Jhabvala, C.; Kan, E.; Kahle, D.; Foltz, R.; Boehm, N.; Hickey, M.; Sun, J.; Adachi, T.; Costen, N.; Hess, L.; Facoetti, H.; Montanaro, M."Performance of the QWIP focal plane arrays for NASA's Landsat Data Continuity Mission", Proceedings of SPIE, Infrared Technology and Applications XXXVII vol. 8012 (1) April, 2011. Also see: https://www.usgs.gov/faqs/what-are-band-designations-landsat-satellites-0?qt-news_science_products=7#qt-news_science_products

Voir aussiModifier

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Article connexeModifier

Liens externesModifier