Rétrospective des Etudes d’Avant-Projets d’Imagerie Hyperspectrale Menées au CNES pour les Besoins Scientifiques

Résumé

Entre 2009 et 2022, le Centre National d’Etudes Spatiales a conduit et financé des études préliminaires (phases 0, phases A et phase B1) afin de répondre aux besoins exprimés principalement par la communauté scientifique nationale et par la Défense, qui utilisent des données d’imagerie hyperspectrales à haute résolution spatiale aéroportées à des fins de recherche dans divers domaines thématiques. Les besoins de haut niveau sont : une spectro-imagerie de qualité dans le domaine VNIR-SWIR (400-2400nm) à bande étroites contiguës d’au plus 20nm de large, et pour une résolution spatiale de moins de 15m. Afin de répondre aux exigences du groupe de mission mis en place à l’occasion de l’avant-projet HYPXIM, divers concepts de systèmes spatiaux ont été envisagés avec le soutien industriel d'Airbus Defence & Space (ADS) et de Thales Alenia Space (TAS) et en collaboration avec la Défense. Les trois principaux scenarii étudiés sont présentés dans cet article : a) HYPXIM-P (P pour Performance) répond strictement aux besoins exprimés en termes d’imagerie hyperspectrale avec un satellite de la classe «mini» (600 kg au lancement) positionné sur une orbite héliosynchrone à 660 km qui permet d’atteindre une résolution spatiale de 8m en hyperspectral, 1,8m en Panchromatique pour un champ de 15 km; b) HYPXIM-C (C pour Challenging) est composé de 2 « micro » satellites de 200kg identiques sur une orbite à 650 km. Un instrument compact innovant autorise une résolution spatiale de 15m en hyperspectral, 3,2m en Panchromatique pour un champ de 30km; c) HYPXIM-D (D pour Démonstrateur) accueille le même instrument que HYPXIM-C (80kg / 110w) mais sa performance de résolution spatiale est identique à celle d’ HYPXIM-P grâce à de son orbite, dite VLEO, à 360 km, mais pour un champ limité à de 8-10 km. Cette orbite particulière préserve les capacités de revisite de 3-5 jours grâce à une manœuvre transversale de 35 °.

Ce dernier concept, rebaptisé HYPEX-2, a été revisité et proposé en 2017 à l’appel d’offre de l’ESA EE9 par une communauté scientifique élargie au niveau européen. Rebaptisé BIODIVERSITY en 2019, il a été retenu comme un des 4 projets prioritaires de la France lors du dernier séminaire de Prospective Scientifique. Par ailleurs, des opportunités de coopérations internationales sont apparues sur des missions plus ciblées peut-être moins ambitieuses mais répondant à des contraintes de coûts et de masse sévères. Dans ce contexte, le CNES explore des concepts résolument innovants de la classe de satellite inférieure à 50kg.  Cette étude a été à l’initiative d’actions variées qui se sont déployées dans divers cadres afin de couvrir l’ensemble de la problématique : état de l’art des technologies nano-micro satellites, modélisation du signal physique, études de sensibilité paramétriques en qualité image, études algorithmiques, pré-dimensionnements instrumentaux, et satellites. Un point sur les travaux les plus avancés est présenté dans cet article.