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

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 l’atmosphère terrestre Premières idées en 1980 ! : FIRST (Far Infra Red Space Telescope) Approuvé par l’ESA en 1997 Mission de l’Agence Spatiale Européenne + Participation NASA Lancement en 3 août 2007 par Ariane 5 Durée de vie: 4 ans max. 13 déc 2004

3 instruments scientifiques refroidis 3300 Kg au lancement 4x4 mètres de base 7,5 mètres de haut  3,5m 3 instruments scientifiques refroidis Un cryostat à He prévu pour 3 ans Lancement commun avec PLANCK Partie « chaude » des instruments scientifiques 13 déc 2004

Les défis technologiques Descendre la température du satellite à 90K et les instruments jusqu’à 0.3K Consommation électrique: 1500 W ! Le plus grand miroir jamais mis en orbite: 12 pétales en SiC 13 déc 2004

Miroir à 12 pétales 13 déc 2004

Les objectifs scientifiques de Herschel Etude de la formation des étoiles et leur interaction avec le milieu interstellaire Etude de la formation et de l’évolution des galaxies Observation de la composition chimique des atmosphères et des surfaces des comètes, des planètes et de leurs satellites Comprendre la chimie des molécules dans l’Univers Ouvrir des fenêtres spectrales inaccessibles depuis le sol Classe 0 Cœur dense 13 déc 2004

1 mm 670µm SPIRE 333µm HIFI 57µm 200µm PACS 13 déc 2004

13 déc 2004

Heterodyne Instrument for FIRST Bande 1 2 3 4 5 6 Fréquences (GHz) 480 – 640 800 960 1120 1250 1410 1910 Longueurs d’onde (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 13 déc 2004

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Spectral and Photometric Imaging REceiver Imagerie en 3 couleurs (bolomètres) 250, 360 et 520 µm résolutions spatiales de 18”, 25”, 36” (R ~ 3) Champ de vue: 4 x 8’ Spectroscopie par FTS (Mach-Zender) 200 – 670 µm 2,6’ de champ Résolution spectrale ajustable : 15 à 50 ou 370 à 1250 13 déc 2004

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Photodector Array Camera & Spectrometer En Europe: Allemagne: MPE-Garching (PI), MPIA-Heidelberg Belgique: KUL (co-PI), CSL France: CEA/SAp, LAM Italie: IFSI-Rome, Arcetri, Padova, etc… Espagne: IAC Autriche: UVIE-Vienne En France: 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 Participation technique : Fourniture des matrices de bolomètres pour la voie photométrie Participation aux logiciels d’analyse des données 13 déc 2004

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Dimensions: 56 x 32 x 31 cm 13 déc 2004

13 déc 2004

Le miroir oscillant Le fond thermique (~80 K) doit être soustrait : Miroir d’entrée source/champ à 8 Hz Deux sources de calibration internes (températures de 70 et 90K) PACS Chopper FM 13 déc 2004

La voie photométrique 2 bandes simultanées : 60-90 ou 90-130µm et 130-210µm même champ (1.75  3.5) dans les deux couleurs 13 déc 2004

Les matrices de bolomètres Le pixel bolométrique Un absorbant convertit la puissance incidente en chaleur. 13 déc 2004

Les matrices de bolomètres Le pixel bolométrique Un thermomètre mesure l’élévation de température : Silicium doublement implanté P et B. 13 déc 2004

Les matrices de bolomètres Le pixel bolométrique La grille est reliée à une source à 300mK via des "poutres" de suspension en Si. 13 déc 2004

Les matrices de bolomètres Le pixel bolométrique Un réflecteur est placé sous la grille : cavité /4, 100% du rayonnement absorbé. /4 13 déc 2004

Les matrices de bolomètres Du concept... 13 déc 2004 Crédit: Vincent Revéret, CEA/SAp

Les matrices de bolomètres A la réalité. 13 déc 2004

La voie spectroscopique 57-72 ou 72-105 µm et 105-210 µm 1000  R  2000 5x5 pixels de 9.4" Détection 10-18 à 10-13 W m-2 2 matrices de photoconducteurs Ge:Ga Mode ‘line’ ou ‘range’ La longueur d’onde centrale dans une bande fixe celle de l’autre 13 déc 2004

Le réseau 32 x 8 cm Moteur cryogénique à torsion Gravé au diamant 13 déc 2004

13 déc 2004

A 3 ans du lancement… Première lumière le 22 juillet 127 Kg sur les 130 permis Consommation 131,4 W (à réduire à 125,4 W !) Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Prochaines étapes: Livraison des miroirs mi-2005 pour intégration au satellite Livraison des logiciels de commande et analyse à l’ESA Livraison des modèles de vol Transformation des modèles de qualification en modèles de secours Définition des programmes scientifiques du temps garanti Appel d’offre temps ouvert en 2006 13 déc 2004

A 3 ans du lancement… Première lumière le 22 juillet Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié à ASTRIUM (Ottobrunn) Quelques problèmes: L’ électronique « chaude » n’est pas prête Les roues à filtres du spectro ne tournent pas à froid Le réseau est entré en collision avec sa butée L’alignement entre les photomètres et le miroir du chopper n’est pas parfait Des émissions parasites ont été détectée par le spectrographe 13 déc 2004

Pour en savoir plus … Site web de l’ESA http://pacs.mpe-garching.mpg.de/ http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/ Me demander… 13 déc 2004