Polar Radiant Energy in the Far Infrared Experiment

La région arctique joue le rôle de thermostat de la Terre en évacuant par émission de rayonnement infrarouge le trop plein d'énergie reçu dans les régions tropicales. Environ 60% de ces émissions se font dans des longueurs d'onde supérieures à 15 micromètres (infrarouge lointain) qui n'ont jamais fait l'objet de mesures systématiques. PREFIRE a pour objectif de mesurer les variations de ces émissions dans les dimensions spatiale et temporelle ainsi que celles de l'effet de serre^[1].

PREFIRE fait partie avec EMIT des deux projets sélectionnés début 2018 pour constituer la quatrième mission de la classe Earth Venture. Ces missions de l'agence spatiale américaine, la NASA sont caractérisées par des coûts faibles associés à des risques élevés et relèvent du domaine de l'observation de la Terre. Le projet, qui est dirigé par le professeur Tristan L’Ecuyer de l'Université du Wisconsin, est développé au sein de cette université en collaboration avec l'Atmospheric and Oceanic Sciences and Space Science and Engineering Centre (SSEC). Le Jet Propulsion Laboratory (établissement de la NASA) fournit le capteur utilisé par le spectromètre. En janvier 2023, le lancement des deux CubeSats est programmé pour août 2023^[2],[3]. Les deux lancements sont reportés et ont lieu le 25 mai 2024 et le 5 juin 2024.

Les deux satellites sont des CubeSats 6U stabilisés trois axes disposant de panneaux solaires déployés en orbite^[3].

Chaque CubeSat emporte un spectromètre TIRS (Thermal IR Spectrometer) dérivé de l'instrument Mars Climate Sounder and Diviner mis au point en 2007 mais jamais lancé pour des raisons de coût. L'instrument occupe un parallélépipède dont les dimensions sont de 128 × 117 × 90 millimètres, soit environ la moitié du volume du CubeSat. D'une masse inférieure à 3 kilogrammes, il consomme environ 4,5 watts. C'est un spectromètre pushbroom (en) à 64 canaux qui mesure le rayonnement infrarouge entre 5 et 54 micromètres avec une résolution spectrale de 0,86 micromètres. Il effectue des mesures perpendiculairement à sa direction de déplacement tous les 7 kilomètres. La fauchée maximale est de 300 kilomètres et la résolution spatiale perpendiculaire à la direction du déplacement atteindra 10 mètres sur une région choisie de 10 à 15 kilomètres de large. La résolution spatiale dans le sens du déplacement est comprise entre 12 et 15 kilomètres. Le rapport signal sur bruit est supérieur à 1,5 kelvin sur l'ensemble du spectre observé. En raison des contraintes de masse, le détecteur (64 × 8 pixels) n'est pas refroidi. L'instrument génère en moyenne 12 kilobits de données par seconde^[3].

Les deux satellites sont placés en orbite le 25 mai 2024 (PREFIRE-1) et le 5 juin 2024 (PREFIRE-2), chacun lancé par une fusée Electron^[4],[5]. Ils circulent sur une orbite héliosynchrone quasi polaire (inclinaison orbitale de 98°) à une altitude comprise entre 470 et 650 kilomètres. Après s'être stabilisé, avoir orienté ses panneaux solaires déployés en orbite en direction du Soleil, la mission débute par une période de recette qui doit durer 60 jours. Les deux satellites sont placés sur des orbites qui se croisent permettant de recouper les mesures effectuées. Les observations sont effectuées de manière continue et les données sont transmises quatre fois par orbite à des stations terriennes de type KSAT Lite. La durée initiale de la mission est de 1 an et l'objectif minimal est d'obtenir des relevés d'au moins un des CubeSat sur la moitié d'un cycle saisonnier (6 mois)^[3].