Herschel - Scruter la formation des premières étoiles
- EADS Astrium construit le plus grand télescope infrarouge
- Des mesures à des températures proches du zéro absolu
- Un observatoire situé à près de 1,5 million de km
Le Bourget, le 13 juin 2005
Avec le télescope spatial de la mission Herschel, l’Agence spatiale européenne (ESA) va être en mesure de contempler l’origine de la formation des premières étoiles il y a plusieurs milliards d’années. A partir de 2007, Herschel pourra en effet observer l’évolution des étoiles et des galaxies dans le spectre infrarouge avec une résolution sans précédent. En tant que membre d’un consortium industriel international piloté par Alcatel Space, EADS Astrium est engagé dans le développement du module charge utile et du cryostat et doit assurer l’intégration et les tests du satellite à Friedrichshafen, en Allemagne. Equipé d’un miroir en carbure de silicium (SiC) de 3,5 m de diamètre fabriqué à Toulouse par EADS Astrium, Herschel sera le télescope spatial d’imagerie le plus grand jamais construit.
Les dimensions d’Herschel s’annoncent impressionnantes avec 7,5 m de haut pour un diamètre de 4 m. D’une masse au lancement de 3,25 tonnes, il sera équipé de trois instruments de grande sensibilité, comprenant des caméras, des photomètres et des spectromètres, situés dans le plan focal et fonctionnant dans différentes longueurs d’ondes.
Ces détecteurs travailleront dans des fenêtres de l’infrarouge lointain et submillimétrique du spectre comprises entre 60 et 670 microns. Du fait qu’une grande majorité d’objets émettent de la chaleur dans cette plage, il convient de les refroidir à –271 °C (soit environ 2 degrés au-dessus du zéro absolu) à l’intérieur d’une unité cryogénique - appelée cryostat -, afin d’éviter que le signal perçu ne soit recouvert par les propres émissions infrarouges des instruments.
Le cryostat, qui constitue l’unité centrale du module de charge utile, est construit sous la responsabilité d’EADS Astrium. Il mesurera 3 m de haut sur 3 m de diamètre. La température cryogénique sera obtenue grâce à de l’hélium superfluide. Une ouverture prévue au sommet du cryostat permettra à la lumière provenant du télescope d’y pénétrer.
Pour la construction de ce cryostat, EADS Astrium a bénéficié du retour d’expérience hérité du prédécesseur d’Herschel, l'Observatoire spatial dans l'infrarouge ISO de l'ESA, une mission conduite avec succès entre 1996 et 1998. Une maquette d’essai d’ISO est d’ailleurs toujours utilisée à Ottobrunn pour tester les instruments hautement sensibles d’Herschel en environnement « ultrafroid ».
Alors que le télescope ISO avait pu être entièrement logé à l’intérieur du cryostat grâce à la taille de son miroir (de 70 cm de diamètre seulement), le miroir de 3,5 m d’Herschel sera situé à l’extérieur et face au cryostat. Le module charge utile comprend également un grand écran pare-soleil destiné à protéger le satellite contre le rayonnement solaire et à recevoir les cellules photovoltaïques.
L’intégration du modèle de vol se poursuit actuellement à Friedrichshafen. Toutes les pièces internes au cryostat ont été intégrées, parmi lesquelles les réservoirs d’hélium, le banc optique, les composants cryotechniques, les protections thermiques et le câblage. Depuis le début du mois de juin, le cryostat est obturé, prêt pour la mise au vide et le premier remplissage à l’hélium, des opérations qui seront suivies par la vérification des performances du système cryogénique.
Parallèlement à l’intégration du modèle de vol à Friedrichshafen, les équipes de Munich poursuivent l’assemblage du modèle de qualification et d’identification (EQM). L’EQM, utilisé comme banc d’essai pour les instruments, est destiné à reproduire des conditions d’environnement similaires à celles rencontrées en orbite. Au stade actuel, toutes les pièces internes et les instruments à tester sont intégrés et le cryostat de l’EQM est prêt à être obturé. Le premier test des instruments à température cryogénique sera conduit au mois d’août, après vérification de ces derniers à température ambiante.
Le plus grand miroir de télescope en carbure de silicium au monde
La taille et la qualité de surface du miroir primaire déterminent les performances d’un télescope. Plus le réflecteur est grand et plus le rayonnement thermique collecté est important. C’est cette équation qui permet d’observer des corps célestes faiblement lumineux. La résolution s’accroît également avec la taille du miroir, tout comme le niveau de détail des images. Voilà pourquoi Herschel s’annonce comme un instrument exceptionnel.
La construction d’un miroir en carbure de silicium (SiC) d’aussi grandes dimensions représente un défi technologique considérable. Celui-ci doit être aussi léger que possible pour ne pas pénaliser la masse au lancement, tout en étant capable d’endurer à la fois des contraintes mécaniques extrêmes, induites par les accélérations et les chocs au lancement, et des amplitudes thermiques élevées. Dans l’espace, bien que sa température descende aux alentours de –200 °C, le miroir doit garantir une précision de contour optimale et préserver une surface parfaitement lisse et un poli exceptionnel.
Le principal défi que la société française Boostec a dû relever sur le plan de la construction résidait dans le brasage en une seule passe des 12 pétales constituant le miroir - une première mondiale. Cette étape fondamentale s’est achevée en novembre 2003 et a été récemment suivie par celle de rectification (Boostec), puis de polissage du réflecteur chez le prestataire finlandais Opteon. Le processus de fabrication du miroir s’est finalement achevé en mai 2005 à l’observatoire de Calar-Alto, en Espagne, avec le dépôt d’un revêtement optique destiné à lui conférer sa réflectivité définitive. Le télescope est actuellement à Toulouse chez EADS Astrium pour des essais d’alignement optique, prêt à subir les essais de qualification en environnement spatial prévus cet automne.
Le télescope Herschel ne pèsera au total que 300 kg, sachant que le miroir primaire de 3 mm d’épaisseur représente à lui seul 240 kg. Avec des technologies standard, la masse du miroir aurait atteint 1,5 tonne. Son matériau se révèle par ailleurs extrêmement stable, combinant tous les avantages du métal et du verre : il ne se déforme quasiment pas sous l’effet des variations de températures et résiste à de hauts niveaux de contrainte et de fatigue.
Avec son miroir de 3,5 m de diamètre, Herschel sera le plus grand télescope spatial jamais construit. Comparativement, Hubble disposait d’un miroir de 2,4 m. En complément du grand miroir primaire, EADS Astrium s’est également engagé dans la réalisation du miroir secondaire. Situé au foyer image, directement face au miroir primaire, il renvoie la lumière venant de ce dernier vers un orifice percé en son milieu et en direction des instruments de mesure situés à l’arrière. Ce miroir secondaire et sa structure de soutien sont également réalisés en SiC.
EADS Astrium est le leader européen dans le domaine des satellites. Ses activités englobent les systèmes complets civils et militaires de télécommunications et d’observation, des programmes scientifiques et de navigation, ainsi que toute l’avionique et équipement des vaisseaux spatiaux. EADS Astrium est une filiale d’EADS SPACE.
EADS SPACE filiale d’EADS, spécialisée dans les systèmes spatiaux civils et militaires, a réalisé en 2004 un chiffre d’affaires de 2,6 milliards d’euros avec 11.000 employés en France, en Allemagne, au Royaume-Uni et en Espagne
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En 2004, EADS a enregistré un chiffre d’affaires de 31,8 milliards d’euros avec un effectif de plus de 110.000 personnes.
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