Des Ballons pour l’Astrophysique Jean-Louis Counil & la sous-direction Ballon du CNES

Sommaire Les ballons du CNES Intérêt des observations en Ballon Les processus de Programmation Les projets dans le domaine de l’Astrophysique Les perspectives CNES – Jean-Louis Counil

Les ballons du CNES CNES – Jean-Louis Counil

Ballons Stratosphériques Ouverts (BSO) Volume 3 000 à 1 200 000 m3 Durée de vol Plusieurs heures à quelques jours (lest et conditions de vol) Matériaux Polyéthylène basse densité de 12 à 25 µm Niveau de vol 20 à 40 Km Masse crochet jusqu’à 3 T Récupération des nacelles CNES – Jean-Louis Counil

BSO : composition Un clapet pour évacuer du gaz et descendre Du lest pour réduire la masse et monter CNES – Jean-Louis Counil

Montgolfières InfraRouges (MIR) Volume 45000 m3 Masse au crochet 40 à 60 kg, Durée de vol quelques semaines excursions jour/nuit (18 à 30 km) CNES – Jean-Louis Counil

Ballons Stratosphériques Pressurisés ( BPS ) Diamètre 8,50 , 10 et 12 m Niveau de vol 18-20 Km Durée de vol jusqu’à 6 mois Masse crochet jusqu’à 50 kg Matériaux : complexe de films de polyester et de polyamide CNES – Jean-Louis Counil

Ballon Pressurisé de Couche Limite (BPCL) Diamètre 2,50 m Niveau de vol 1 à 2 Km Durée de vol jusqu’à 1 mois Matériaux : complexe de films de polyester et de polyamide Nacelle avec localisation GPS et transmission ARGOS Mesures : pression, température, humidité, vent CNES – Jean-Louis Counil

Aéroclipper Ballon en déficit de portance avec un guiderope dont une partie flotte à la surface de l’eau Le ballon se déplace sur l’eau, poussé par le vent mais à une vitesse moindre Le ballon est déployé depuis la côte et explore de larges étendues océaniques Les nacelles atmosphérique et océanique mesurent les paramètres physiques de l’air et de l’eau pour étudier les interactions océan/atmosphère Nacelle atmosphérique Nacelle océanique CNES – Jean-Louis Counil

Ce que le CNES n’a pas des ballons captifs … CNES – Jean-Louis Counil

L’intérêt des observations par ballon CNES – Jean-Louis Counil

L’atmosphère: un obstacle pour les observations CNES – Jean-Louis Counil

Why balloons for Astrophysics/Astronomy ? “In the satellite-dominated space Era the balloons can be used as follows For Targeted Measurements (in situ) Validation of space experiments As Pathfinder mission (scientific, technical) As Scientific Gap filler And also ? Training and education Others…” CNES – Jean-Louis Counil

Le processus de Programmation des expériences ballon CNES – Jean-Louis Counil

Le processus de Programmation des expériences ballon (OT+SU) Un vol ballon c’est une charge-utile (ou +) une nacelle Une campagne ( enveloppe, équipes techniques…) Possiblité de coopérations internationales partage des composantes de l’expérience Charges Utiles Sélection via les groupes thématiques du CNES Financement sur budgets «  Ballons » - éventuellement autres R & T Campagne/nacelles: logique d’enveloppe maintenir une activité minimum chez les sous-traitants Maintenir une équipe CNES: spécificité des activités Flux régulier de campagnes (OT + SU) CNES – Jean-Louis Counil

Le processus de Programmation des expériences ballon Plan des campagnes pour l’année N+1 établi vers mai/année N. Accord avec bases de lancement (ballons CNES): Kiruna (Suède) Trapani (Italie) Teresina (Brésil) Mac Murdo (Kerguelen) coopérations internationales Nouveau Mexique CNES – Jean-Louis Counil

Les projets dans le domaine de l’Astrophysique CNES – Jean-Louis Counil

PILOT Recommandation par le groupe Astro en en 2005 Revue Critique de Définition a eu lieu fin 2008 premier vol durant l’hiver 2010-2011 Trois vols envisagés CNES – Jean-Louis Counil

CNES – Jean-Louis Counil

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FIREBALL projet d’astronomie UV pour la mise en évidence d’hétérogénéités du milieu intergalactique chaud nacelle pointée qui embarque un télescope d’un mètre d’ouverture éléments d’optiques fournis par le LAM Nacelle CNES campagne pilotée par les USA premier vol durant l’été 2007. pb de pointage validation technologique second vol programmé en 2009 CNES – Jean-Louis Counil

Séminaire de Prospective Ballon Pau; septembre 2008 Quel avenir pour les ballons ? Recensement d’expériences par réponse à un appel à idées. CNES – Jean-Louis Counil

The Responses to the Call for Ideas The cold Universe Sun The violent Universe 2 1 3 CNES – Jean-Louis Counil

The answers to the call for ideas PICARD (Simultaneous measurements with the PICARD satellite) 3-D Radio detection of UHE cosmic ray showers GAMMA RAY POLARIMETER PoGOLite CIDRE FITE CNES – Jean-Louis Counil

The Picard-Balloon proposal (G. Thuillier & S. Sofia) Simultaneous measurements from ground, balloons, satellite of the Sun radiation Solar irradiance, Solar diameter/shape Separation of the atmospheric absorption Calibration/reference for future measurements CNES – Jean-Louis Counil

The proposal: Flight of the SDS instrument (G. Thuillier & S. Sofia) SDS: Solar Disk Sextant Measurements of the Solar Diameter On the shell instrument (flights in 1992, 1994, 1995, 1996 ) instrument of the University of Yale (S. Sofia) proposal submitted by the PICARD PI Prolongation of the measurements done in the 90’s synchronous with PICARD observations (late 2009-2013) US/French collaboration to be documented CNES – Jean-Louis Counil

3-D Radio detection of UHE cosmic ray showers ( A. Le Cacheux et al.) Scientific objective: To investigate the Ultra High Energy cosmic Rays energy ~ 1017 - 1021 eV one particles creates 1011 at ground How: by characterizing the products of their interaction in the atmosphere Measurements of the electromagnetic field (radio emission) Recent observationsof radio waves associated to Cosmic rays air showers 1-D vertical profile (complement to ground observations) CNES – Jean-Louis Counil

3-D Radio detection of UHE cosmic ray showers ( A. Le Cacheux et al.) A series of captive instrumented balloons at various altitudes unique way to investigate the showers in altitude Co-located with observation sites Existing instruments (active dipole antennas); light payload ~ 10 kg CNES – Jean-Louis Counil

Gamma Ray Polarimeter (D. Bernard & B. Giebbels) Measurements: The Polarisation (and energy) of γ rays energy ~ 3-6 MeV How: by observing the electrons created by the interaction of the photon in an Argon reservoir. Scientific objectives: Emission/acceleration mechanisms Gamma Ray Burst Physics CNES – Jean-Louis Counil

Gamma Ray Polarimeter (D. Bernard & B. Giebbels) Technical Challenge: temporal resolution of 100µm Experiment characteristics Liquid Argon active mass: ~ 500 kg Total payload mass (~600 kg) Balloon flight characteristics Long duration (~ three weeks) CNES – Jean-Louis Counil

CIDRE ( L. Pagani et al.) Scientific objective: Observe molecular species (H2, O1, HD, OH…) Deuterium in our galaxy not observable above 3 Thz not observable from ground How: Developing a Challenging instrument (heterodyne detection in the 2.3-2.8 Thz; 100-130 µm) based on HEB detectors Four pixels CIDRE stands for CNES – Jean-Louis Counil

CIDRE ( L. Pagani et al.) Balloon flight will pave the way to future satellite instruments Stratospheric airplanes flights (14 km) not optimized (still 50% absorption) Candidate for flights from 2012 To continue the R&D developments To access the adequacy of a balloon borne experiment (telescope size, …) CNES – Jean-Louis Counil

soutien possible de participation à des vols non-CNES. mais aussi … soutien possible de participation à des vols non-CNES. ex: CREAM: Cosmics rays Energetics and Mass soutien aux participants français, vol instrument CHERCAM: L. Derome. CNES – Jean-Louis Counil

conditions aux limites Les perspectives Nosica conditions aux limites CNES – Jean-Louis Counil

Nosica: Amélioration des performances des BSO du CNES transmission satellite vols plus longue durée amélioration des redondances autorisations de vol plus faciles nouveaux sites ? nouvelles nacelles opérationnelles à partir de 2011 CNES – Jean-Louis Counil

Collaborations internationales sans doute à favoriser Perspectives Difficile d’embarquer des nacelles de plus 1000 kg retour d’expérience PRONAOS et ARCHEOPS Trop « lourd » pour équipes CNES – équipes Labos coûts prohibitifs de l’heure d’observation Collaborations internationales sans doute à favoriser quelques possibilités pour de nouvelles expériences à partir de 2013-1014 ? CNES – Jean-Louis Counil