La mission COROT Chapitres La mission COROT Performances et design

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1 La mission COROT Chapitres La mission COROT Performances et design
Objectifs scientifiques Presentation générale du satellite Contraintes de mission Performances et design Vue générale Lumière parasite Détecteurs Stabilité du pointage Stabilité thermique Traitements bord Voies sismologie Voies exoplanètes Où en est le projet ? 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

2 La mission COROT Vue générale
Expérience de photométrie stellaire de très haute précision Observation continue d’une même région du ciel pendant de longues périodes (150 jours) Deux programmes scientifiques menés en parallèle, sur deux zones voisines du ciel Sismologie stellaire Recherche d’exoplanètes 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

3 La mission COROT Sismologie stellaire
Etude des processus hydrodynamiques internes analyse en fréquence des modes d’oscillation (pression, gravité) demande une précision photométrique relative de 10-6 en lumière blanche observation simultanée de 10 étoiles Programme central sessions de 150 jours analyse spectrale fine de 50 étoiles brillantes paramètres scientifiques accessibles : rayon du noyau, contenu en He, limites des couches convectives, profil de rotation interne cibles principales : types A, F, G solaires,  Scuti,  Dor autour de mv=6 cibles secondaires : types variés jusqu’à mv=9 Programme exploratoire sessions de 20 jours statistiques sur l’excitation des modes de 50 étoiles brillantes nombreuses familles d’étoiles étudiées jusqu’à mv=9 (diagramme HR) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

4 La mission COROT Recherche d’exoplanètes
Recherche de planètes telluriques détection des transits par la méthode des occultations précision photométrique relative de quelques 10-4 jusqu’à mv=15.5 (durée d’un transit : quelques heures) analyse chromatique du signal à l’aide d’un prisme observation simultanée de étoiles Programme central sessions de 150 jours critère de détection : répétition périodique d’une même occultation (P<50 j) levée d’ambiguïté / activité stellaire : achromaticité de l’événement paramètres scientifiques accessibles : rayon orbital et taille de la planète cibles : naines rouges, types spectraux F à M, magnitude [12 ; 15.5] Statistiques de détection plusieurs centaines de géantes gazeuses au moins une dizaine de planètes telluriques (rayon > 1.5 REarth, température entre 200 and 600 K) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

5 La mission COROT Perspectives scientifiques en sismologie
comportement oscillatoire des étoiles en relation avec de nombreux paramètres : la masse, la température, la métallicité… validation des modèles hydrodynamiques stellaires compréhension des mécanismes d’évolution des étoiles Perspectives scientifiques en exoplanétologie début de réponse sur l’occurrence, les caractéristiques et les conditions de formation des systèmes planétaires dans notre environnement galactique (<550 parsec) Autres opportunités de recherches base de données : courbes de lumière à travers le diagramme HR activité stellaire, phénomènes de marées dans les systèmes doubles 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

6 La mission COROT Vue générale du satellite
Envergure : 4.20 x 9.60 m avec les panneaux solaires déployés Plate-forme PROTEUS développée par le CNES et Alcatel Space pour les orbites basses (< 1500 km) premier vol en 2001 : satellite d’océanographie JASON 5 missions programmées Masse : 600 kg en configuration de lancement 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

7 La mission COROT Instrument COROT Telescope (COROTEL)
pupille d’entrée de 270 mm 2 miroirs paraboliques baffle cylindrique obturateur début de vie Caméra champ large (COROTCAM) Objectif dioptrique à 6 lentilles Bloc focal équipé de 4 CCD x 2048 2 CCD sismologie, 2 CCD exoplanètes champ : 3.05° x 2.70° 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

8 La mission COROT Case à équipements (COROTCASE)
électroniques de traitement des données contrôle vidéo cartes d’extraction processeurs électroniques de servitudes alimentation électrique contrôle thermique synchronisation gestion des LED d’étalonnage Logiciel de vol (COROTLOG) traitements de photométrie d’ouverture traitements de mesure d’orientation débit de données en sortie : 900 Mbits/jour 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

9 La mission COROT Caractéristiques techniques du satellite
Data Handling Unit Battery Gyro electronics 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

10 La mission COROT Choix de l’orbite du satellite
Durée d’une observation : jusqu’à 150 jours la ligne de visée doit conserver une même direction pendant 150 jours pas d’occultation par la Terre mesures disponibles et correctes au moins 90% du temps Orbite polaire circulaire inertielle l’inclinaison i= 90° permet de conserver un plan d’orbite fixe ascension droite du nœud ascendant :  = 12.5° choisie par le Comité Scientifique COROT altitude comprise entre 800 et 900 km altitude 826 km intéressante pour ses propriétés de phase (cycle de 7 jours) Pas d’éblouissement solaire Soleil dans le dos, à plus de 90° de l’axe de visée du télescope 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

11 La mission COROT Contraintes d’orientation du satellite
Lumière parasite terrestre la ligne de visée doit rester à plus de  = 20° du limbe terrestre rayon du cône d’observation :  = arccos (R/a) -  = 10 ° Angle de roulis  20° autour de l’axe de visée après alignement N/S des panneaux solaires utile pour optimiser le « cadrage » : position des étoiles sur les CCD Sun 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

12 La mission COROT Le ciel observé par COROT
11 étoiles principales de type spectral A, F, G (mv=6) 813 étoiles secondaires (mv<9) au moins étoiles candidates pour la recherche d’exoplanètes (mv<16) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

13 La mission COROT Enchaînement des observations “Apple pie”
180° rotation on Zs Spring Line of Equinoxes Line of nodes Satellite axes in a fixed orbital reference frame ROF 1a 2b Xs+ Zs- Ys+ Zs- Xs+ Ys+ Summer Earth orbit Solar declination up to +23° Central Program 1 Central Program 2 Center (18h50) Anticenter (6h50) S ZOF YJ2000 XJ2000 XOF Winter Exploratory Programs 1 & 2 Solar declination down to –23° 1b 2a Equatorial plane Autumn 12.5° 180° rotation on Zs 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

14 Performances et solutions techniques
Vue générale Design imposé par la sismologie, adapté pour les exoplanètes temps d’intégration focalisation et prisme ajouté pour courbes de lumières en 3 couleurs Comment tenir les performances photométriques ? sismologie : maintenir tous bruits sous 1/10 du bruit de photon exoplanètes : maintenir tous les bruits sous le bruit de photon bruits structurés : essayer d’éliminer les perturbations parasites autour de la période orbitale (période : 1 h 40) si on ne peut les éliminer, les corriger après étalonnage (mesures embarquées, connaissance de la sensibilité des équipements) Enjeux techniques se protéger contre la lumière parasite terrestre très grande exigence de stabilité du pointage très grande exigence de stabilité thermique de l’instrument mise au point des traitements photométriques (embarqués, au sol) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

15 Performances et solutions techniques
Protection contre la lumière parasite terrestre Concept adopté : télescope compact à 2 miroirs hors d’axe diaphragme entre pupille d’entrée et de sortie facteur de réduction de pupille : 3, distance focale : 1.20 m caméra dans l’axe du faisceau collimaté 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

16 Performances et solutions techniques
Protection contre la lumière parasite terrestre Baffle à haut coefficient d’atténuation coefficent de réjection : (chicanes, peinture noire, très haut niveau de propreté) flux résiduel au niveau du détecteur : 1 photon/pixel/s le premier étage ne voit pas le limbe M1 ne voit pas le deuxième étage Deuxième étage M1 Premier étage + cavité Chicanes 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

17 Performances et solutions techniques
Détecteurs et images 4 CCD EEV 4280 2 048 x pixels, codage 16 bits transfert de trame pixels de 13.5 m rendement quantique élevé bande passante [370 nm ; 950 nm] Multi Pinned Phase (MPP) mode température régulée à -40° C très faibles courants d’obscurité première utilisation spatiale sur COROT Dispersion par bi-prisme placé devant les CCD exoplanètes dispersion suivant les lignes du CCD 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

18 Performances et solutions techniques
Détecteurs et images Voies sismologie tache défocalisée : 350 pixels pour une étoile de type G2, mv=6 temps d’intégration : 1 s Voies exoplanètes tache focalisée : 60 pixels pour une étoile de type K0, mv=13 40% d’énergie dans le rouge, 30% dans le bleu les bruits de fond (lumière parasite et zodiacale), de lecture et de dépointage sont des contributeurs importants temps d’intégration : 32 s 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

19 Performances et solutions techniques
Stabilité du pointage du satellite La position d’une étoile sur le CCD ne doit pas bouger un déplacement de la tache image provoque un bruit photométrique (PRNU) translation maximale sur le détecteur : 0.5 arcsec rms Possible à condition d’utiliser l’instrument comme senseur stellaire 2 étoiles de référence sont utilisées pour la mesure écartométrique Instrument COROT Gyroscopes Estimateur Filtre Kalman Actuateurs Roues Magnétocoupleurs Senseurs Chain 2 Chain 1 A1 A2 E1 E2 PROTEUS (, , )1 or 2 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

20 Performances et solutions techniques
Stabilité du pointage du satellite Simulations numériques Perfo espérée à 0.3 arcsec Quelques raies périodiques parasites déformations thermo-optiques de l’instrument autour de 0 effet de l’environnement terrestre autour de 20 gradient de gravité 40 et 60 champ magnétique Faible pollution du spectre (<5%) Intervalle scientifique (sismo) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

21 Performances et solutions techniques
Régulation thermique La stabilité thermique de l’instrument est sévèrement contrôlée à cause de l’effet des variations d’éclairement sur l’orbite (éclipses, albédo terrestre) sensibilité thermique des éléments optiques sensibilité thermique des composants électroniques Telescope éviter la déformation des taches image structure carbone-cyanate couverture MLI régulation thermique attendue : 20 ± 1 °C Plan focal éviter les variations de rendement quantique régulation active de la température des CCD : ± °C sonde de température sous le bloc en Invar tresses thermiques et radiateur bloc focal de grande surface (940 x 280 mm2) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

22 Performances et solutions techniques
Régulation thermique Compartiment supérieur de la case sous-système de regulation passive pour les équipements sensibles : électroniques vidéo et servitudes analogiques deux répartiteurs en aluminium de mm d’épaisseur deux radiateurs (400 x 100 mm2) régulation fine à ± 0.15° C / orbite variations de température propres et corrections possibles au sol Compartiment interne de la case équipements peu sensibles : convertisseurs, DPU, cartes numériques répartiteur en aluminium de 4 mm régulation à ± 2° C / orbite Solution efficace, coûtant 25 kg de masse 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

23 Fenêtres d’analyse et traitements
Voies Astérosismologie Acquisitions 5 fenêtres étoiles (50x50 pixels2) 5 fenêtres noires (binnées) 2 fenêtres d’offset 2 imagettes peuvent être acquises si accumulées sur 32 s Photométrie d’ouverture 2 méthodes utilisées seuil pour étoiles brillantes isolées masque fixe pour étoiles polluées Corrections bord inversion du modèle radiométrique : offset, courants d’obscurité correction du smearing (CCD à transfert de trame) pixels faux lors de la traversée de la SAA (probabilité élevée d’impacts p+) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

24 Fenêtres d’analyse et traitements
Voies Exoplanètes Acquisitions 5 000 fenêtres étoiles 3 couleurs 1 000 fenêtres monochromatiques (étoiles froides, références de ciel) 9 imagettes (10x15 pixels2) 2 fenêtres d’offset Traitements bord photométrie accumulée sur 16 x 32 s (8-min sampled light curve) sur-échantillonnage déclenché à la demande des scientifiques après détection d’un premier événement 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

25 Fenêtres d’analyse et traitements
Voies exoplanètes Les masques étoiles doivent être sélectionnés parmi un jeu de patrons (modèles) disponibles à bord La forme d’un masque est fonction des paramètres suivants : la magnitude de l’étoile la température de l’étoile la position sur le CCD (variations de la tache image) la contamination de la cible par les étoiles environnantes 256 patrons doivent suffire Outil de programmation dédié Observations sol et travail de simulation des champs haute densité d’objets parasites jusqu’à la magnitude 23 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

26 Organisation du développement
Maître d’œuvre du projet : CNES 4 laboratoires du CNRS travaillent au développement de l’instrument ou du segment sol Observatoire de Paris-Meudon Laboratoire d’Astrophysique Spatiale (Marseille) Institut d’Astrophysique Spatiale (Orsay) Observatoire Midi-Pyrénées (Toulouse) Centre Spatial de Toulouse 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

27 Partenaires de la mission
7 pays ou organisations participent à la mission COROT ESA Optiques SSD Processeurs Instrument Allemagne Logiciel de vol Belgique Case à équipement et Baffle Brésil Antenne secondaire et Logiciels sol Segment sol Autriche Cartes électroniques Espagne Centre de Mission et Antenne principale 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

28 Quelques travaux passés
2001 : Visites techniques pour le choix du lanceur à Plesetsk (Russie) à Baïkonour (Kazakhstan) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

29 Quelques travaux en cours
2002 : début de réalisation industrielle de l’instrument 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

30 Quelques travaux en cours
2002 : Caractérisation à Meudon des CCD de vol banc CCD cryostat matrice CCD sphère intégrante champ plat LED 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

31 Quelques travaux en cours
2002 : Observations sol pour la préparation de la mission Observation des cibles principales sismo au CFHT (recherche de compagnons à moins de 60 arcsec) Cartes de densité d’étoiles pour le programme exoplanètes (utilisation de l’outil COROTSKY) 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

32 Calendrier Lancement en fin d’année 2005 fusée SOYUZ depuis Kourou
Contacts : A. Baglin Principal Investigator F. Bonneau Project Manager M. Auvergne Project Scientist L. Boisnard System Engineer Documentation : 12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes

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