RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Réalisation d'un Analyseur de Surface d'onde pour le Contrôle de miroirs Actifs Spatiaux sur Sources Etendues Réunion.

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1 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Réalisation d'un Analyseur de Surface d'onde pour le Contrôle de miroirs Actifs Spatiaux sur Sources Etendues Réunion avancement 28 juin 2012

2 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 2 Projet RASCASSE Agenda Cadre de projet RASCASSE Spécifications-systèmes Simulations numériques Diversité de phase Onera Diversité de phase TAS Définition du banc MADRAS/RASCASSE

3 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 3 Projet RASCASSE Description du projet Le projet RASCASSE, porté par TAS, l’ONERA, et le LAM, a pour objectif l’étude, la mise en œuvre et le test d’un Analyseur de Surface d’Onde (ASO) destiné à être installé dans une boucle d’optique active pour l’observation à très haute résolution de la Terre depuis l’espace, en orbite basse. Deux technologies d’ASO sont potentiellement candidates pour une application spatiale telle qu’indiquée ci-dessus. La méthode de Shack-Hartmann qui opère dans le plan pupille, La Diversité de Phase qui opère dans le plan focal. Dans ce projet, nous nous proposons précisément d’adapter (simulation + tests sur banc) ces deux méthodes au cas de l’observation THR/EHR de la Terre en orbite basse.

4 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 4 Projet RASCASSE Étude "brique technologique" donc plutôt orienté composant. Contraintes-système prise en compte au maximum Celles-ci pas forcément bien arrêtées aujourd'hui Nombre d'ASO dans le champ 1 seul ASO en 1 point du champ Capacité de mesure/correction par MADRAS Pas de correction des aberrations de champ (5 DDL M2) ASO au centre ou au bord de champ sans modifications majeures. Système CXCI : 3 ASO prévus 1 sur l'axe, et sur les deux bords de champ Lien entre image structurée et nombre de correction au cours de l'orbite. Base : images fournies par le CNES. Pas de statistique des scènes structurées sur la Terre. Sur ces images, les spécifications doivent être tenues autant que possible.

5 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 5 Projet RASCASSE Lien avec la R&T grand miroirs : Paramètres Rascasse différents dernière version de ces simulations miroirs. R&T aujourd’hui finie. Doit-on se caler sur les nouveaux résultats ou pouvons nous rester sur les anciennes valeurs ? WFE considérées On ne considère ici que des WFE provenant du miroir primaire : polissage gravité thermo-élastique Pas de déformée de structure et de désalignement M1/M2

6 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 6 Projet RASCASSE États des contrats + accords Marché + CCTP Originaux reçus Signature TAS : ok Signature ONERA : ok Signature LAM (CNRS + Université) : ok Signature CNES : en cours Accord de co-traitance Document interne du consortium Signé, avenant en cours de signature Accord de co-propriété Avenant 1 à l’accord de co-propriété de MADRAS Signé

7 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 7 Projet RASCASSE Planning

8 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 8 Projet RASCASSE Revues 15 septembre 2012 23 avril 2012 14 février 2012

9 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Spécifications système

10 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 10 Projet RASCASSE Agenda Cadre de projet RASCASSE Spécifications-systèmes Simulations numériques Diversité de phase Onera Diversité de phase TAS Définition du banc MADRAS/RASCASSE

11 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 11 Mission CXCI

12 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 12 Scénarios Scénario 1Scénario 2 Scénario 3Scénario 4 Mode 2: Scènes étendues Calculs à bord Mode 1: Scènes étoiles Calculs au sol Cas faibles aberrations Cas fortes aberrations Statique mesurable => pris comme a priori Statique compensable => compensé + Dynamique lié au thermo-orbital Part non compensable des Statique connu => pris comme a priori + Statique inconnu (toute la dynamique)

13 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 13 Scénarios Scénario 5 Non opérationnel Non engageant Mode 2: Scènes étendues Calculs à bord Cas faibles aberrations Cas fortes aberrations Statique mesurable => pris comme a priori Statique compensable => compensé + Dynamique lié au thermo-orbital Mode 1: Scènes étoiles Calculs au sol Part non compensable des Statique connu => pris comme a priori + Statique inconnu (toute la dynamique) Scénario 5

14 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 14 WFE statique connue (polissage M1) Cas faibles aberrations RMS 68 nm dont Non Compensable 35 nm Cas fortes aberrations RMS 133 nm dont Non Compensable 60 nm Cas faibles aberrations Cas fortes aberrations Brute Après compensation par MADRAS

15 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 15 WFE statique inconnue (déformée sous gravité M1) Cas faibles aberrations RMS 65 nm dont NC 38 nm Cas fortes aberrations RMS 223 nm dont NC 129 nm Cas faibles aberrations Cas fortes aberrations Brute Après compensation par MADRAS

16 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 16 Paramètres- système Temps d’intégration Instrument se déplaçant à 7km/s : 43 micro-secondes pour GSD=30 cm. Ralenti de 2 Détecteur vol voie PAN Nominal TDI type Pléiades avec 12 d’étages Pixel 13 microns FTM détecteur: Formule prenant en compte la diffusion Rapport signal à bruit SNR(L1) = 50 & SNR (L2)= 150 Bande panchromatique Ralenti de 2. Bruit électronique = 30 électrons pour le détecteur considéré pour CXCI. V sat

17 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Critères de Performances

18 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 18 Critères de performances Critères de comparaisons Base du trade-off sur les ASO lors de la synthèse de l’étude. Tentative d’exhaustivité Pondération des critères Nombre de critères initialement trop élevé Limitation aux 8 macro-critères suivants : Performance nominale Robustesse Performances autres Bilans Effort de réalisation de l’ASO Conséquences sur l’instrument Fiabilité Disponibilité

19 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 19 Critères de performances Pondération des critères Réalisée par comparaison 2 à 2 des critères 0 si inférieur 1 si égalité 2 si supérieur. Note maximale = 14 Critères majeurs Performances Robustesse Fiabilité Conséquences sur l’instrument

20 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Simulations numériques

21 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 21 PSF mono/poly- chromatique Cas forte aberration bien échantillonné (pas détecteur 6.5µm) : Monochromatique 600nm Polychromatique PAN 455-745nm Hypothèse : spectre fonction porte gamma=0.3

22 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 22 Echantilonnage Cas forte aberration pas 6.5µm vs 13µm : Monochromatique 600nm Polychromatique PAN 455-745nm

23 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 23 Scénario 1 : faibles aberrations Simulation des données d’entrées : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 A priori pour la restitution de phase : polissage M1 non compensable Avec compensation idéale : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 non compensable

24 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 24 FTM En sortie de scenario 1 on obtient les FTM suivantes : Modèle en exp(-a*fx) exp(-a*fx) sinc(pi*fx) sinc(pi*fy) appliqué. 0.135 à Nyquist

25 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 25 Scénario 2 : fortes aberrations Fortes aberrations Simulation des données d’entrées : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 A priori pour la restitution de phase : polissage M1 non compensable Avec compensation idéale : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 non compensable

26 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 26 FTM En sortie de scenario 2 on obtient les FTM suivantes : 0.05-0.06 à Nyquist

27 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 27 Scénarios Scénario 1Scénario 2 Scénario 3Scénario 4 Mode 2: Scènes étendues Calculs à bord Mode 1: Scènes étoiles Calculs au sol Cas faibles aberrations Télescope 1.5 m Cas fortes aberrations Télescope 2 m Statique mesurable => pris comme a priori Statique compensable => compensé + Dynamique lié au thermo-orbital Statique connu => pris comme a priori + Statique inconnu

28 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 28 Scénarios Scénario 1Scénario 2 Scénario 3Scénario 4 Mode 2: Scènes étendues Calculs à bord Mode 1: Scènes étoiles Calculs au sol Cas faibles aberrations Télescope 1.5 m Cas fortes aberrations Télescope 2 m Statique mesurable => pris comme a priori Statique compensable => compensé + Dynamique lié au thermo-orbital Statique connu => pris comme a priori + Statique inconnu

29 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 29 Scenario 3 Faibles aberrations dynamiques Pour la simulation des données d’entrées : Polissage M1 non compensable (faible) + déformée sous gravité M1 non compensables (faible) + faibles aberrations dynamiques, essentiellement 12nm focus. Pour la restitution de phase : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 non compensables estimée en sortie de scenario 1.

30 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 30 Scenario 4 Fortes aberrations dynamiques Pour la simulation des données d’entrées : Polissage M1 non compensable (faible) + déformée sous gravité M1 non compensables (faible) + fortes aberrations dynamiques, essentiellement 108nm de focus. Pour la restitution de phase : polissage M1 non compensable + déformée sous gravité M1 non compensables estimée en sortie de scenario 1.

31 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Définition du banc MADRAS/RASCASSE

32 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 32 Projet RASCASSE Agenda Cadre de projet RASCASSE Spécifications-systèmes Simulations numériques Diversité de phase Onera Diversité de phase TAS Définition du banc MADRAS/RASCASSE

33 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 33 Source étendue eMaginMicro-oled EPSON Ultimicron Holoeye HED-5216 ForthDD SXGA-R3-XD NationalitéAméricainFrançaisJaponaisAllemandÉcossais TechnologieOLED 3LCDReflective LCOSReflective LCD Diagonale19.67 mm15.5 mm12 mm14 mm22.4 mm Définition1280*1024 800*6001280*7691280*1024 Taille sous-pixels4 µm4.7 µm4 µm9.6 µm13.62 µm Fil factor69%~100%89%92% Contraste>10000:1100000:1280:11000:1200:1 Uniformité>85%96%93% Nombre de couleurs 16 millions Nombre de pixels4 millions5.4 millions3 millions Consommation180 mW200 mW Luminance typique150 cd/m²460 cd/m²Variable Frame rate60 Hz UtilisationPossibleImpossiblePossible

34 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 34 Source étendue Exemple : Écran SXGA-XL d’eMagin 1280*1024 pixels actifs RGB ou Monochrome pixel (3x4)x12µm Carte électronique eMagin Matrice des pixels de l’OLED

35 RASCASSE 23 avril 2012 Projet RASCASSE Réalisation d'un Analyseur de Surface d'onde pour le Contrôle de miroirs Actifs Spatiaux sur Sources Etendues Réunion avancement 28 juin 2012

36 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 36 Projet RASCASSE Planning

37 All rights reserved © 2007, Thales Alenia Space RASCASSE 23 avril 2012 37 Projet RASCASSE Revues 15 septembre 2012 23 avril 2012 14 février 2012