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Le satellite HERSCHEL et son spectro-imageur infrarouge PACS… … à 3 ans du lancement. Hervé Wozniak CRAL 13 décembre 2004.

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1 Le satellite HERSCHEL et son spectro-imageur infrarouge PACS… … à 3 ans du lancement. Hervé Wozniak CRAL 13 décembre 2004

2 13 déc 20042 Mission de lAgence Spatiale Européenne + Participation NASA Premières idées en 1980 ! : FIRST (Far Infra Red Space Telescope) Approuvé par lESA en 1997 Lancement en 3 août 2007 par Ariane 5 Un successeur aux satellites infrarouges IRAS (57cm, 1983, 10 mois) ISO (60cm, 1995 à 1998) Spitzer (2003 à 2006) Enfin observer le domaine spectral « submillimétrique » dont certaines parties sont entièrement absorbées par latmosphère terrestre Durée de vie: 4 ans max.

3 13 déc 20043 7,5 mètres de haut 4x4 mètres de base 3300 Kg au lancement 3,5m Un cryostat à He prévu pour 3 ans 3 instruments scientifiques refroidis Lancement commun avec PLANCK Partie « chaude » des instruments scientifiques

4 13 déc 20044 Les défis technologiques Descendre la température du satellite à 90K et les instruments jusquà 0.3K Descendre la température du satellite à 90K et les instruments jusquà 0.3K Consommation Consommation électrique: 1500 W ! Le Le plus grand miroir jamais mis en orbite: 12 pétales en SiC

5 13 déc 20045 Miroir à 12 pétales

6 13 déc 20046 Les objectifs scientifiques de Herschel Etude de la formation des étoiles et leur interaction avec le milieu interstellaire Etude de la formation des étoiles et leur interaction avec le milieu interstellaire Etude de la formation et de lévolution des galaxies Etude de la formation et de lévolution des galaxies Observation de la composition chimique des atmosphères et des surfaces des comètes, des planètes et de leurs satellites Observation de la composition chimique des atmosphères et des surfaces des comètes, des planètes et de leurs satellites Comprendre lachimie des molécules dans lUnivers Comprendre la chimie des molécules dans lUnivers Ouvrir des fenêtres spectrales inaccessibles depuis le sol Ouvrir des fenêtres spectrales inaccessibles depuis le sol Classe 0 Cœur dense

7 13 déc 20047 57µm 200µm 670µm1 mm 333µm PACS HIFI SPIRE

8 13 déc 20048

9 9 Heterodyne Instrument for FIRST Bande123456 Fréquences(GHz)480–640640–800800–960960–11201120–12501410–1910 Longueurs donde (µm) 469 – 625 375 – 469 312 – 375 268 – 375 240 – 375 157 – 212 Voies 1 à 5 : mélangeurs à jonctions SIS, double polarité Voie 6 : mélangeur HEB, simple polarité

10 13 déc 200410

11 13 déc 200411 Spectral and Photometric Imaging REceiver Imagerie en 3 couleurs (bolomètres) Imagerie en 3 couleurs (bolomètres) 250, 360 et 520 µm 250, 360 et 520 µm résolutions spatiales de 18, 25, 36 (R ~ 3) résolutions spatiales de 18, 25, 36 (R ~ 3) Champ de vue: 4 x 8 Champ de vue: 4 x 8 Spectroscopie par FTS (Mach-Zender) Spectroscopie par FTS (Mach-Zender) 200 – 670 µm 200 – 670 µm 2,6 de champ 2,6 de champ Résolution spectrale ajustable : 15 à 50 ou 370 à 1250 Résolution spectrale ajustable : 15 à 50 ou 370 à 1250

12 13 déc 200412

13 13 déc 200413 Photodector Array Camera & Spectrometer En France: En France: 1 co-I au LAM ( CRAL !), 2,5 co-I au CEA/SAp (depuis 2000) 1 co-I au LAM ( CRAL !), 2,5 co-I au CEA/SAp (depuis 2000) Temps garanti : 2% pour LAM (40h), 13% pour CEA/SAp Temps garanti : 2% pour LAM (40h), 13% pour CEA/SAp Participation technique : Participation technique : Fourniture des matrices de bolomètres pour la voie photométrie Fourniture des matrices de bolomètres pour la voie photométrie Participation aux logiciels danalyse des données Participation aux logiciels danalyse des données En Europe: En Europe: Allemagne: MPE-Garching (PI), MPIA-Heidelberg Allemagne: MPE-Garching (PI), MPIA-Heidelberg Belgique: KUL (co-PI), CSL Belgique: KUL (co-PI), CSL France: CEA/SAp, LAM France: CEA/SAp, LAM Italie: IFSI-Rome, Arcetri, Padova, etc… Italie: IFSI-Rome, Arcetri, Padova, etc… Espagne: IAC Espagne: IAC Autriche: UVIE-Vienne Autriche: UVIE-Vienne

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15 13 déc 200415 Dimensions: 56 x 32 x 31 cm

16 13 déc 200416

17 13 déc 200417 Le miroir oscillant Le fond thermique (~80 K) doit être soustrait : Le fond thermique (~80 K) doit être soustrait : Miroir dentrée source/champ à 8 Hz Miroir dentrée source/champ à 8 Hz Deux sources de calibration internes (températures de 70 et 90K) Deux sources de calibration internes (températures de 70 et 90K) PACS Chopper FM

18 13 déc 200418 La voie photométrique 2 bandes simultanées : 60-90 ou 90-130µm et 130-210µm 2 bandes simultanées : 60-90 ou 90-130µm et 130-210µm même champ (1.75 3.5 ) dans les deux couleurs même champ (1.75 3.5 ) dans les deux couleurs

19 13 déc 200419 Le pixel bolométrique Un absorbant convertit la puissance incidente en chaleur. Les matrices de bolomètres

20 13 déc 200420 Le pixel bolométrique Un thermomètre mesure lélévation de température : Silicium doublement implanté P et B. Les matrices de bolomètres

21 13 déc 200421 Le pixel bolométrique La grille est reliée à une source à 300mK via des "poutres" de suspension en Si. Les matrices de bolomètres

22 13 déc 200422 Le pixel bolométrique Un réflecteur est placé sous la grille : cavité /4, 100% du rayonnement absorbé. /4 Les matrices de bolomètres

23 13 déc 200423 Du concept... Les matrices de bolomètres Crédit: Vincent Revéret, CEA/SAp

24 13 déc 200424 A la réalité. (60 - 210 µm) Les matrices de bolomètres

25 13 déc 200425 57-72 ou 72-105 µm et 105-210 µm 57-72 ou 72-105 µm et 105-210 µm 1000 R 2000 1000 R 2000 5x5 pixels de 9.4" 5x5 pixels de 9.4" Détection 10 -18 à 10 -13 W m -2 Détection 10 -18 à 10 -13 W m -2 2 matrices de photoconducteurs Ge:Ga 2 matrices de photoconducteurs Ge:Ga Mode line ou range Mode line ou range La longueur donde centrale dans une bande fixe celle de lautre La longueur donde centrale dans une bande fixe celle de lautre La voie spectroscopique

26 13 déc 200426 Le réseau 32 x 8 cm 32 x 8 cm Moteur cryogénique à torsion Moteur cryogénique à torsion Gravé au diamant Gravé au diamant

27 13 déc 200427

28 13 déc 200428 A 3 ans du lancement… Première lumière le 22 juillet Première lumière le 22 juillet 127 Kg sur les 130 permis 127 Kg sur les 130 permis Consommation 131,4 W (à réduire à 125,4 W !) Consommation 131,4 W (à réduire à 125,4 W !) Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Prochaines étapes: Prochaines étapes: Livraison des miroirs mi-2005 pour intégration au satellite Livraison des miroirs mi-2005 pour intégration au satellite Livraison des logiciels de commande et analyse à lESA Livraison des logiciels de commande et analyse à lESA Livraison des modèles de vol Livraison des modèles de vol Transformation des modèles de qualification en modèles de secours Transformation des modèles de qualification en modèles de secours Définition des programmes scientifiques du temps garanti Définition des programmes scientifiques du temps garanti Appel doffre temps ouvert en 2006 Appel doffre temps ouvert en 2006

29 13 déc 200429 A 3 ans du lancement… Première lumière le 22 juillet Première lumière le 22 juillet Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Quelques problèmes: Quelques problèmes: L électronique « chaude » nest pas prête L électronique « chaude » nest pas prête Les roues à filtres du spectro ne tournent pas à froid Les roues à filtres du spectro ne tournent pas à froid Le réseau est entré en collision avec sa butée Le réseau est entré en collision avec sa butée Lalignement entre les photomètres et le miroir du chopper nest pas parfait Lalignement entre les photomètres et le miroir du chopper nest pas parfait Des émissions parasites ont été détectée par le spectrographe Des émissions parasites ont été détectée par le spectrographe

30 13 déc 200430 Pour en savoir plus … Site web de lESA Site web de lESA http://pacs.mpe-garching.mpg.de/ http://pacs.mpe-garching.mpg.de/ http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/ http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/ http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/ Me demander… Me demander…


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