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Première mondiale, l'A-Train est une constellation de six satellites franco-américains qui volent en formation à quelques minutes d'intervalle sur une orbite héliosynchrone et passent au-dessus de l'équateur à 13:30 locales. Ce rendez-vous spatial est destiné à mettre en œuvre quasi simultanément toutes les techniques d'observation actuellement disponibles pour scruter l'atmosphère terrestre. Autonomes mais complémentaires les unes des autres, les différentes missions de l'A-Train s'intéressent toutes au climat et à l'étude des interactions entre rayonnement, nuages, aérosols et cycle de l'eau. Les regards croisés de leurs quinze instruments apporteront à la communauté scientifique une moisson de données sans précédent pour, in fine, tester et améliorer les modèles de prévision numérique aussi bien du temps que de la pollution et du climat.

Ces six satellites franchiront l'équateur avec quelques minutes d'écart autour de 13h30, heure locale, d'où le surnom d' "Afternoon constellation" ou "A-Train". Cependant la métaphore ferroviaire n'est pas tout à fait exacte, dans la mesure où ces engins ne se suivent pas en ligne droite tels des wagons. Chaque satellite vole, collecte des données et remplit sa mission indépendamment des cinq autres.

En orbite depuis le 4 mai 2002, AQUA est considéré comme le "leader" de la constellation parce qu'il est le premier à franchir l'équateur chaque jour (à 13h30 heure locale pour les orbites montantes) et chaque nuit (à 1h30 pour les orbites descendantes), mais aussi parce qu'il est le plus gros. Sa mission est centrée sur le cycle de l'eau. Il embarque un radiomètre imageur multispectral (Modis), un radiomètre pour la mesure du bilan radiatif (CERES), un radiomètre micro-ondes (AMSR) et différents sondeurs infrarouges et micro-ondes pour établir des profils de température et d'humidité de l'atmosphère.

Troisième satellite du Système d'Observation de la Terre de la NASA, après AQUA et TERRA, AURA a pour mission d'étudier la qualité de l'air, l'ozone stratosphérique et l'évolution du climat. En orbite depuis le 15 juillet 2004, ce satellite permet aux scientifiques de suivre les phénomènes de transport de pollution intercontinentaux et de remonter aux sources locales et régionales de ces pollutions atmosphériques. L'instrument HIRDLS (High Resolution Dynamics Limb Sounder) étudie la distribution globale des températures et des espèces chimiques dans la stratosphère et la haute troposphère en "scrutant" la couche nuageuse tandis que MLS (Microwave Limb Sounder) s'intéresse à la concentration dans l'atmosphère d'espèces chimiques qui contribuent à la destruction de la couche d'ozone.

CLOUDSAT, qui doit être lancé en 2005, est une mission consacrée aux nuages menée conjointement par la NASA et l'Agence Spatiale Canadienne. Elle embarque un radar à 94 GHz qui fournira la structure verticale des nuages de glace et des nuages d'eau suffisamment épais.

CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation), qui doit être lancé en même temps que Cloudsat sur Delta 2, repose sur une coopération entre la NASA et le CNES, associé au CNRS (Institut Pierre-Simon-Laplace). Ce mini-satellite issu de la filière PROTEUS fournira des profils verticaux de l'atmosphère mesurés par un lidar à rétrodiffusion (à 1060 nanomètres et 532 nm avec mesure de la polarisation). Les distributions verticales des propriétés des aérosols et des nuages fins apporteront une information nouvelle et essentielle pour l'étude des interactions nuages-aérosols-rayonnement.

Deuxième microsatellite de la filière Myriade développée par le CNES, PARASOL (Polarisation et Anisotropie des Réflectances au sommet de l'Atmosphère, couplées avec un Satellite d'Observation emportant un Lidar) embarque à son bord un radiomètre à grand champ POLDER (Polarization and Directionality of the Earth's Reflectances). Celui-ci mesure les caractéristiques directionnelles de polarisation de la lumière réfléchie par les surfaces terrestres, afin d'améliorer notre connaissance des propriétés radiatives et microphysiques des nuages et des aérosols. Grâce à cette technique originale d'observation, les scientifiques pourront, par exemple, évaluer plus précisément la part des aérosols d'origine anthropique et des particules d'origine naturelle dans l'atmosphère.

Placé à l'avant d'AQUA lors de son lancement prévu en 2008, OCO (Orbiting Carbon Observatory), petit dernier de cette constellation, se penchera sur la concentration en dioxyde de carbone de l'atmosphère afin notamment de comparer les données spatiales aux mesures effectuées au sol dans ce domaine.