PR NAIADE Présentation DSB 07/06/2012 NAIADE NEW APPROACHES IN IMAGING WITH ADAPTIVE-OPTICS AND DECONVOLUTION (Nouvelles Approches d’Imagerie par optique Adaptative et DEconvolution) PR NAIADE Présentation DSB 07/06/2012 Thierry Fusco ONERA DOTA/HRA T. Fusco DOTA/HRA

De grands défits scientifiques … détection et caractérisation d'exo-terres Galaxies à grand red-shift Naissance & évolution de l'univers SPHERE Contraste = 106 SR ~ 90% Transits Radial Velocity EPICS Contraste = 109 SR  100 % Maitrise sub-nanométrique du front d'onde Objets très faibles + Etude statistique Couverture de ciel : 100 % -- SR ~ 50 % Champ = 25 arcmin² (25x plus que l'existant VLT)

… reliés à des innovations technologiques détection et caractérisation d'exo-terres Maitrise nanométrique du front d'onde Multi-stage Wavefront sensing 1er étage (rapide et sensible)  Pyramid WFS 2ième étage (lent et ultra précis)  coronographique WFS l'étalonnage, operation & post-traitement Identification/correction de perturbations externes  windshake, vibrations, residus de cophasage … Traitement d'image multi-spectrales coronographiques Etude des premiers ages de l'univers Analyse de front d'onde "mixte" (étoiles laser et naturelles) Senseur dédié "Natural Guide Star" (LIFT) Senseur dédié "Laser Guide Star" Fusion de données Reconstruction tomographique du volume turbulent Etalonnages & opérations sur le ciel Lois de commande complexes (gd nombre de degrés de liberté) Traitement de données Reconstruction de PSF déconvolution de données 3D LIFT High Flux Low Flux Tip Tilt Focus Sphere Concepts à optimiser et à valider "on-sky"

Contexte instrumental : nouveaux concepts d'OA et d'imagerie pour les futures générations de télescopes géants

Un context idéal : les instruments de 2nd génération de l'E-ELT Instrumentation 1ière lumière "simple" Financement ESO Instrumentation 2ième génération "complexe" Besoin de validation de concepts EAGLE EPICS

Un socle existant : RG et PRF Cassiopee Etudes spécifiques Liées aux instruments de 2ième génération E-ELT EPICS & EAGLE Réalisation Instruments 2ième génération Validation ciel de concepts essentiels à la réalisation des instruments EAGLE & EPICS NAIADE Etudes spécifiques liées aux contraintes ELT Ciblées sur les composants et sur l'extrapolation VLT  ELT & instrumentation de 1ière génération Etudes de phase A E-ELT M4, MAORY, ATLAS, EAGLE Réalisation instruments 1ière lumière Harmoni, Micado, Metis Réalisation de composants RAPID, ANDROMEDA, LIFT CASSIOPEE Etudes amons de concepts innovants Demonstration orientée VLT OA Grand champs Haute dynamique HOMER – MCAO- tomography - LQG BOA / SH-Filtré diversité de phase SPHERE/SAXO FP7-OPTICON Démonstration HOMER Démonstration CANARY RG

Objectifs du projet NAIADE Grandes thématiques scientifiques Disposer des briques conceptuelles et technologiques essentielles à la definition et à la réalisation des systèmes d'OA pour les instruments de 2ième génération de l'E-ELT EAGLE & EPICS OA grand champ & étoiles laser OA extrême Nouveaux challenges liées à l'ELT Déclinaison en besoins instrumentaux Development de nouveaux concepts d'OA dans leurs environements complexes procédures d'identifications de perturbations exogènes Optimisation globale (AO + instrument + telescope) Etalonnage fin Propositions de concepts & améliorations des composants et sous-systèmes clés Nouvelles approches d'analyse de front d'onde Fusion de données Nouvelles lois de controle (pb spécifiques liés à l'E-ELT) Validations expérimentales avec en particulier tests sur télescopes Traitements a posteriori pour une expolitation efficace des données obtenues derrière l'OA Reconstruction de PSF developpement d'algorithmes de post-traitements s'appuyant sur un modèle comportemental fin de l'OA et des instruments Phase de réalisation : 2017  2025

Description de projet NAIADE Déclinaisons en besoins instrumentaux Thématiques scientifiques HRA Système / Analyse de FO / Commande / Traitement Workpakages WP 0 Management WP1 Analyse de FO sur étoiles laser & naturelle WP2 Etalonnage & opération de système complexes WP3 Contrôle pour les nouvelles génération d'OA WP4 Traitement a posteriori après OA T. Fusco J-M Conan C. Petit L. Mugnier Suivi du projet Interactions avec PHASE Interactions avec astronomes Interactions avec ESO Interactions avec partenaires Européens WFS bas ordres ultra-sensible = LIFT  on-sky tests Développement et implantion dans une boucle d'OA Pyramid WFS simulation, developpement lab & on-sky Specific WFS for LGS Nouveaux concepts validations expérimentales Sub-nanometric Coronographic WFS = COFFEE Tests sur SPHERE Tests on-sky  Identification de perturbations exogènes  Tests on-sky  Opération de systèmes complexes & impact sur le design et les etallonages utilisation de HOMER Tests on sky Fusion de données LGS/NGS  Tests en labos (HOMER) Stratégies de simulation et de contrôle pour systèmes d'OA complexes Tests en labo (Homer) Reconstruction de PSF pour OA grand champ Tests en labo (HOMER) Tests on-sky (MUSE) Traitement d'imgas coronographiques multi-spectrales  Test on-sky (SPHERE)

Planning & Manpower ETP (h) 3000 32000 2300 TOTAL : 8500 h ETP (h) 600 WP0 600 3200 1750 1900 1050 ETP (h) 3000 32000 2300 TOTAL : 8500 h

Fournitures + au moins 1 papier (conf / revue) par an & par WP Deliverables (see WP for details) WP Associated ELT instrument New WFS devices (tested in labs and on-sky) : - LIFT - Pyramid WFS 1 MOS (ELT-4/ELT-5) = EAGLE ELT-MIR, ELT-EPC = EPICS Modified HOMER bench 2 MOS (ELT-4 /ELT-5) = EAGLE Modified ODISSEE bench New control algorithms (tested in labs and on-sky) 3 All New post processing algorithms (tested on-sky) wide field AO PSF Coronagraphic post-processing 4 ELT-PCS = EPICS New calibration procedures (tested in labs and on-sky) New simulation tools (dedicated to E-ELT simulations) Red = Hardware Green = software Italique = on sky test ! + au moins 1 papier (conf / revue) par an & par WP

Synergies Synergies contractuelles Principales Collaborations LAM : WP1, 2, 3 collaborations scientifiques acces Tel OHP, manpower & materiel co-financement / co-direction deTheses OCA : WP1 acces Tel MEO, support manpower. IPAG : WP2, 4 accees aux données SPHERE, banc FFREE CRAL : WP4 accès aux données MUSE (VLT) LESIA/Durahm : WP1, 2 Accès au banc CANARY et Tel WHT L2TI : WP1, 2, 3 ESO : WP1, 2, 4 accès données VLT Gemini & Keck observatory : WP1 accès données GEMS (MCAO sur GEMINI) Synergies contractuelles Obtenues OPTICON 2013-2017 6000 heures 100k€ missions / equipements FUI RAPID 2010-2014 Soumises ERC "IMAKA" ANR "Compass" Carnot Espérées PEA VISIO ERC "starting grant" (T. Fusco) R&T CNES ERIS (VLT 3ième génération) E-ELT : phase de construction 1ière génération

Activités duales : retours attendus pour les activités "défense" Liens applications astro / defense : une synergie gagnante depuis 20 ans  Dévelopements de nouveaux concepts : OA grand champ – XAO  Dévelopements & tests de nouveaux composants : IR WFS, micro-DM, RTC Imagerie endo-atmosphérique (grand champ, IR-WFS, RTC) NAIADE : péréniser cette synergie ! Lien avec l'Arme Laser Developpements liés à aux "Laser Guide Star" Application directe : Observation de l'espace developpement d'un senseur Pyramide dans NAIADE Essentiel pour VISIO afin de gagner en bande passante (70  120 Hz) En nombre de degré de liberté (8x8  16x16) Réutilisation des déveleppement NAIADE "quasi" en l'état.

Conclusion 2nd Génération d'instruments pour l'E-ELT NAIADE : OA Extreme (Haute dynamique) : x 1000 en contraste par rapport au VLT (SPHERE) MOAO (grand champ multiplexage) : x 25 en champ par rapport au VLT (MUSE) X 50-100 en terme de nombre de degrés de liberté (VLT ELT) Une simple mise à l'echelle de solutions techniques déjà éprouvées sur le VLT ne répond pas aux besoins Besoin de nouvelles idées, de nouveaux concepts, de nouveaux composants Critique pour le positionnement de l'ONERA dans les futures phases de réalisation NAIADE : Développe de nouveaux concepts Tests sur le ciel Propose de nouvelles stratégies d'étalonnage, d'opération et de traitement d'images Le tout dans un cadre bien défini : instrumentation E-ELT / spécifications des instruments  Fort potentiel d'innovation dans un cadre "systeme" cohérent permettant de borner et structuer les développements Activites essentielles pour le positionnement de l'ONERA à horizon 2017 sur l'instrumentation astronomique à haute résolution Structuration des activités sur plusieurs années indispensable pour garantir la pérénisation d'un démarche scientifique ambitieuse le developpement de nouveaux concepts jusqu'aux tests sur le ciel