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PCW
Mission de télécommunications et de météorologie polaire
Mission de télécommunications et de météorologie polaire (PCW)
Survol de la mission
Les services de télécommunications constituent l'épine dorsale de toute société moderne. Actuellement, ce sont des satellites de télécommunications géostationnaires (GEO) qui répondent en majeure partie aux besoins des régions éloignées en matière de communications. Ces satellites sont placés sur le plan équatorial à 36 000 km d'altitude. De nos jours, les satellites géostationnaires offrent une variété de services de divertissement et de télécommunication aux Canadiens. Toutefois, la géométrie orbitale étant ce quelle est, certaines parties du territoire canadien ne sont aucunement couvertes par les satellites GEO. De plus, il y a certaines limites à ce que peuvent offrir les satellites GEO dans l'Extrême-Arctique, notamment en ce qui a trait aux services mobiles tels ceux dont ont besoin les bateaux, les avions et les véhicules aériens sans équipage. Ainsi, certaines zones canadiennes d'intérêt dans l'Arctique se trouvent privées de solutions sûres et fiables de télécommunications de haute capacité.
Image de la zone d'intérêt de la mission PCW située dans la zone arctique de la Terre
a) Couverture météorologique : 50o latitude nord (exigence minimale) ligne blanche
b) Couverture météorologique : 45o latitude nord (objectif) ligne pointillée blanche
c) Couverture pour la communication : 70o latitude nord (exigence minimale) ligne bleue
d) Couverture pour la communication : 66o latitude nord (objectif) ligne pointillée bleue
(Source : Agence spatiale canadienne)
Les conditions météorologiques dans l'Arctique peuvent être difficiles et changer rapidement. L'un des rôles du gouvernement consiste à fournir des prévisions météorologiques à court terme et des prévisions climatiques à long terme qui soient exactes. Ces prévisions sont importantes pour le fonctionnement de l'économie ainsi que pour la sécurité et la qualité de vie des Canadiens. Présentement, les données utilisées pour les modèles de prévision météorologique numériques proviennent de satellites GEO et de satellites évoluant en orbite polaire basse (LEO) qui sont exploités par d'autres nations (Satellite géostationnaire opérationnel de l'environnement (GOES) et le Satellite polaire Opérationnel de l'environnement (POES) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Météosat seconde génération (MSG) et MetOp de l'Organisation européenne pour l'exploitation des satellites (EUMETSAT)). Les satellites GEO de troisième génération actuellement en développement, fourniront, toutes les 15 minutes, une image du disque terrestre du 60e degré de latitude sud au 60e degré de latitude nord, à une résolution spatiale comprise entre 0,5 km et 2,0 km. Il s'agit là de la norme par excellence en météorologie de pointe. Cependant, la résolution spatiale diminue radicalement au-dessus de 60o en raison de la courbure de la Terre; les régions polaires se retrouvent donc hors de la zone desservie par les satellites GEO. Les satellites évoluant en orbite LEO sont capables de fournir une résolution beaucoup plus élevée à de hautes latitudes, mais le champ balayé est plus étroit. Par conséquent, ils sont incapables de couvrir toute la région polaire en même temps, et l'on peut devoir attendre jusqu'à six heures pour produire une nouvelle image de la même zone. En d'autres mots, il n'y a présentement aucun satellite capable de fournir des données météorologiques sur l'Arctique à une résolution spatiale et temporelle suffisante pour être utilisées à des fins de prévision. Non seulement cette situation rend-elle les prévisions météorologiques pour l'Arctique extrêmement difficiles, mais elle a également un effet nuisible sur l'exactitude des prévisions au Canada, en Amérique du Nord et dans le monde, puisque les processus qui s'opèrent dans l'Arctique ont des répercussions majeures sur les conditions météorologiques à l'échelle de la planète.
Les changements climatiques planétaires et l'intérêt mondial à l'égard des vastes ressources naturelles de l'Arctique représentent de nouveaux défis et de nouvelles perspectives pour le Canada. Afin de tirer profit des ressources naturelles du Nord et de faire face aux défis liés à la souveraineté et à la sécurité dans cette région, le Canada doit se doter de meilleurs moyens de communication, de prévisions météorologiques et de surveillance du climat et de l'environnement dans le Nord. De plus, l'Agence spatiale canadienne (ASC), en collaboration avec Environnement Canada (EC) et le ministère de la Défense nationale (MDN) et avec l'appui d'autres ministères, a achevé en septembre 2008 l'évaluation des opportunités et études de concept (phase 0) de la Mission PCW. Les résultats de cette étude ont démontré qu'un système de deux satellites exploités en orbite très elliptique (HEO) serait en mesure de fournir des services continus de communication à large bande, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, et de surveiller les conditions météorologiques et le changement climatique à la résolution spatiale et temporelle requise, couvrant tout l'Arctique. En juillet 2009, l'ASC et ses partenaires gouvernementaux ont accordé un contrat au Consortium industriel canadien dirigé par MacDonald, Dettwiler et Associée Ltd. (MDA) de Richmond, en Colombie-Britannique, afin de mener une analyse de mission et d'élaborer un concept pour valider les requis. Les résultats de l'équde, d'une durée de 20 mois, ont confirmé la pertinence et la faisabilité d'une mission tel que PCW. L'ASC travaille aussi au développement de technologies essentielles connexes.
Exemple d'application de communication avec PCW
Exemple d'application météorologique avec PCW
Objectifs de la mission
La mission a trois objectifs principaux :
Fournir des services de communications à débit binaire élevé (HDR) fiables, tous les jours 24 heures sur 24, pour
permettre aux Forces canadiennes, à la Garde côtière canadienne, à Pêches et Océans Canada, à Nav Canada, à Transports Canada, à Affaires indiennes et du Nord Canada et à Environnement Canada de mener des activités dans l'Extrême-Arctique;
améliorer la connectivité des communautés du Nord à l'infrastructure principale d'information à large bande;
faciliter l'exploration et l'exploitation des ressources naturelles;
améliorer l'efficacité des recherches effectuées dans l'Arctique;
s'assurer que les Canadiens bénéficient de la hausse du trafic aérien et maritime dans la région polaire.
Surveiller les conditions météo et le changement climatique dans l'Arctique dans l'intérêt des Canadiens et de la communauté mondiale, et ce, dans le but d'améliorer de manière significative l'exactitude des prévisions météorologiques, notamment dans le cas d'avertissements de phénomènes météorologiques extrêmes;
de mieux comprendre les changements climatiques planétaires et d'accroître notre capacité à modéliser et à prévoir les phénomènes qui y sont associés;
de fournir des données opérationnelles uniques de haute qualité acquises au-dessus de toute la région polaire et qu'aucune source ne permet d'obtenir présentement.
Surveiller les conditions météorologiques en orbite très elliptique (HEO) afin
d'appuyer le développement d'un système d'alerte de phénomènes d'absorption dans la calotte polaire qui ont une incidence marquée sur les communications HF dans l'Arctique; d'améliorer les services du Centre canadien de météo spatiale du Centre de ressources naturelles Canada (RNCan) pour qu'ils tiennent compte des conditions HEO, et de permettre à RNCan de mettre sur pied un nouveau service d'analyse des anomalies spatiales (Space Anomaly Investigation System) afin de déterminer les phénomènes de météo spatiale qui contribuent à créer des anomalies d'exploitation des satellites HEO;
d'appuyer les concepteurs et les exploitants de satellites en améliorant les modèles existants de météo spatiale en HEO;
d'appuyer la recherche scientifique sur les systèmes solaire et terrestre à l'échelle nationale et internationale en général. Partenaires
Depuis sa conception, la mission PCW est le fruit d'une étroite collaboration entre l'ASC, le MDN et EC qui ont reconnu l'existence de lacunes en matière de communication et d'observation dans l'Arctique et qui ont cofinancé la phase initiale du projet.
Une équipe d'utilisateurs et de scientifiques (U&ST) de la mission PCW a été mise sur pied en 2007 afin de répondre au large éventail de besoins des différents ministères. Cette équipe est composée d'experts issus de l'Agence spatiale canadienne, de Environnement Canada, le ministère de la Défense nationale, Ressources naturelles Canada, de Pêches et Océans Canada, de la Garde côtière, de Transports Canada, de NavCanada, d'Affaires étrangères et Commerce international Canada, d'Affaires autochtones et Développement du Nord Canada ainsi que de gouvernements territoriaux. L'équipe U&ST, coprésidée par le MDN et EC en tant que principaux utilisateurs gouvernementaux des services visés par la mission PCW, est responsable de répertorier les besoins et les exigences des utilisateurs et d'évaluer les avantages découlant du projet.
Le projet PCW encourage la coopération internationale. Une équipe formée d'utilisateurs et de scientifiques a été créée en vue d'appuyer les interactions avec la communauté internationale. Elle est composée de membres issus de pays comme les États-Unis, la Finlande, la Norvège, le Danemark et la Suède ainsi que d'organismes comme EUMETSAT, l'Agence spatiale européenne et la National Oceanic and Atmospheric Administration.
Le segment spatial de la mission PCW est composé de deux satellites exploités sur une orbite très elliptique (HEO). Les caractéristiques orbitales telles que la période, l'inclinaison et l'excentricité dépendront de l'orbite HEO particulière qui sera choisie. L'instrument principal de la charge utile météorologique sera un spectroradiomètre imageur similaire aux imageurs actuellement en développement pour la prochaine génération de satellites météorologiques géostationnaires (p. ex. GOES-R et MTG). La charge utile principale de télécommunications en bande Ka et en bande X est un système bidirectionnel à haute vitesse capable de fournir des services à large bande continus aux utilisateurs dans l'ensemble de l'Arctique, et ce même jusqu'au pôle Nord.
Un ensemble d'instruments compacts de météorologie spatiale destinés à l'étude des rayonnements ionisants vient compléter la liste des charges utiles principales.
Le système PCW comprendra au moins une « passerelle » au sol et au moins un centre de commande et de contrôle des satellites.
Le système opérationnel incluera des installations au sol de traitement et d'archivage des données météorologiques ainsi que des données sur la météorologie spatiale de la mission PCW.
De plus, nous procédons actuellement à l'évaluation de diverses charges utiles scientifiques secondaires.
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