Le système de deux satellites identiques est un projet commun de la NASA et de l’Agence spatiale allemande (DLR) et constitue la seconde mission du programme ESSP (Earth System Science Pathfinder) de la NASA.

Les deux satellites construits par Astrium, avec un poids de 480 kg seulement chacun, ont été placés le 17 mars 2002 sur orbite par une fusée Rockot, pour une mission d’une durée de cinq ans. Ils gravitent autour de la Terre à une distance approximative de 220 km l’un de l’autre. Les variations de cette distance sont proportionnelles à l’intensité du champ gravitationnel et leurs instruments scientifiques (capteurs microondes) permettent de mesurer en permanence la distance qui les sépare au millième de millimètre près. Les données obtenues permettent d’établir une cartographie en continu du champ gravitationnel terrestre, avec une précision jamais atteinte. Pour la première fois, on a pu détecter des variations gravitationnelles de faible intensité, induites par la circulation du magma au centre de la Terre, par la fonte des glaciers ou l’évolution des grands courants marins.

Les satellites Grace ont complété la mission Champ, autre satellite scientifique lancé en 2000. Ils sont basés sur Flexbus, une plate-forme très avantageuse en termes de coût et de délai, développée par Astrium.

Astrium va fabriquer deux nouveaux satellites de recherche (Grace Follow-On) au profit du « Jet Propulsion Laboratory » (JPL) de la NASA. Un accord a été signé en novembre 2012. Pendant au moins cinq ans, à compter du mois d’août 2017, la mission Grace FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On) poursuivra le recueil de mesures extrêmement précises entamé par les premiers satellites jumeaux Grace.