Le satellite HERSCHEL et Le satellite HERSCHEL et son spectro-imageur son spectro-imageur

infrarouge PACS…infrarouge PACS…

… … à 3 ans du à 3 ans du lancement.lancement.

Hervé WozniakHervé WozniakCRALCRAL

13 décembre 200413 décembre 2004

13 déc 2004 2

Mission de l’Agence Spatiale Européenne+ Participation NASA

Premières idées en 1980 ! : FIRST (Far Infra Red Space Telescope)

Approuvé par l’ESA en 1997

Lancement en 3 août 2007 par Ariane 5

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 absorbéespar l’atmosphère terrestre

Durée de vie: 4 ans max.

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7,5 mètres de haut

4x4 mètres de base

3300 Kg au lancement

3,5m

Un cryostat à Heprévu pour 3 ans

3 instrumentsscientifiquesrefroidis

Lancement communavec PLANCK

Partie « chaude »des instrumentsscientifiques

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Les défis technologiquesLes défis technologiques►Descendre la température du satellite à 90K et Descendre la température du satellite à 90K et

les instruments jusqu’à 0.3Kles instruments jusqu’à 0.3K

►Consommation électrique: 1500 W !Consommation électrique: 1500 W !►Le plus grand miroir jamais mis en orbite: Le plus grand miroir jamais mis en orbite:

12 pétales en SiC12 pétales en SiC

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Les objectifs scientifiques Les objectifs scientifiques de Herschelde Herschel

► Etude de la formation des Etude de la formation des étoilesétoiles et leur interaction et leur interaction avec le avec le milieu interstellairemilieu interstellaire

► Etude de la formation et de Etude de la formation et de l’évolution desl’évolution des galaxiesgalaxies

► Observation de la Observation de la composition chimique des composition chimique des atmosphèresatmosphères et des et des surfacessurfaces des des comètescomètes, des , des planètesplanètes et de leurs et de leurs satellites satellites

► Comprendre laComprendre la chimiechimie des des moléculesmolécules dans l’Univers dans l’Univers

► Ouvrir des fenêtres Ouvrir des fenêtres spectrales inaccessibles spectrales inaccessibles depuis le soldepuis le sol

Classe 0

Cœur dense

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57µm200µm

670µm1 mm 333µm

PACS

HIFISPIRE

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13 déc 2004 9

HHeterodyne eterodyne IInstrument for nstrument for FIFIRSTRST

BandeBande 11 22 33 44 55 66

FréquenceFréquencess

(GHz)(GHz)

480 480

– –

640640

640 640

– –

800800

800 800

– –

960960

960960

––

11211200

1121120 0

– –

12512500

1411410 0

– –

19119100

Longueurs Longueurs d’onded’onde

(µm)(µm)

469 469 – –

625625

375 375 – –

469 469

312 312 – –

375375

268 268 – –

375375

240 240 – –

375375

157 157 – –

212212Voies 1 à 5 : mélangeurs à jonctions SIS, double polaritéVoie 6 : mélangeur HEB, simple polarité

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SSpectral and pectral and PPhotometric hotometric IImaging maging REREceiverceiver

► Imagerie en 3 couleurs (bolomètres)Imagerie en 3 couleurs (bolomètres) 250, 360 et 520 µm250, 360 et 520 µm résolutions spatiales de 18résolutions spatiales de 18”, 25”, 36” (R ”, 25”, 36” (R

~ 3)~ 3) Champ de vue: 4 x 8’Champ de vue: 4 x 8’

►Spectroscopie par FTS (Mach-Zender)Spectroscopie par FTS (Mach-Zender) 200 – 670 µm200 – 670 µm 2,6’ de champ2,6’ de champ Résolution spectrale ajustable : Résolution spectrale ajustable :

15 à 50 ou 370 à 125015 à 50 ou 370 à 1250

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13 déc 2004 13

PPhotodector hotodector AArray rray CCamera & amera & SSpectrometerpectrometer

► En France:En France: 1 co-I au LAM (1 co-I au LAM ( CRAL !), 2,5 co-I au CEA/SAp (depuis 2000) CRAL !), 2,5 co-I au CEA/SAp (depuis 2000) Temps garanti : 2% pour LAM (40h), 13% pour CEA/SApTemps garanti : 2% pour LAM (40h), 13% pour CEA/SAp Participation technique : Participation technique :

► Fourniture des matrices de bolomètres pour la voie photométrieFourniture des matrices de bolomètres pour la voie photométrie► Participation aux logiciels d’analyse des donnéesParticipation aux logiciels d’analyse des données

► En Europe:En Europe: Allemagne: MPE-Garching (PI), MPIA-Allemagne: MPE-Garching (PI), MPIA-

HeidelbergHeidelberg Belgique: KUL (co-PI), CSLBelgique: KUL (co-PI), CSL France: CEA/SAp, LAMFrance: CEA/SAp, LAM Italie: IFSI-Rome, Arcetri, Padova, etc…Italie: IFSI-Rome, Arcetri, Padova, etc… Espagne: IACEspagne: IAC Autriche: UVIE-VienneAutriche: UVIE-Vienne

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Dimensions: 56 x 32 x 31 cm

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Le miroir oscillantLe miroir oscillant

► Le fond thermique (~80 Le fond thermique (~80 K) doit être soustrait :K) doit être soustrait : Miroir d’entrée Miroir d’entrée

source/champ à 8 Hzsource/champ à 8 Hz

►Deux sources de Deux sources de calibration internes calibration internes (températures de 70 et (températures de 70 et 90K)90K)

PACS Chopper FM

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La voie photométriqueLa voie photométrique

► 2 bandes simultanées : 2 bandes simultanées : 60-90 60-90 ouou 90-130µm 90-130µm et et 130-210µm130-210µm

►même champ (1.75 même champ (1.75 3.53.5) dans les deux ) dans les deux couleurscouleurs

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Le pixel bolométrique

Un absorbant convertit la puissance incidente en chaleur.

Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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Le pixel bolométrique

Un thermomètre mesure l’élévation de température :Silicium doublement implanté P et B.

Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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Le pixel bolométrique

La grille est reliée à une source à 300mK via des "poutres" de suspension en Si.

Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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Le pixel bolométrique

Un réflecteur est placé sous la grille :cavité /4, 100% du rayonnement absorbé.

/4

Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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Du concept...

thermomètres

silicon grid + absorber

reflector

0.3K

400 µm

>50 µm

Indium bumps

Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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A la réalité. (60 - 210 µm)Les matrices de bolomètresLes matrices de bolomètres

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► 57-7257-72 ouou 72-10572-105 µm µm et et 105-210 µm105-210 µm

► 1000 1000 RR 2000 2000► 5x5 pixels de 9.45x5 pixels de 9.4""► Détection 10Détection 10-18-18 à 10 à 10-13-13 W m W m-2-2

► 2 matrices de 2 matrices de photoconducteurs Ge:Gaphotoconducteurs Ge:Ga

► Mode ‘line’ ou ‘range’Mode ‘line’ ou ‘range’► La longueur d’onde centrale La longueur d’onde centrale

dans une bande fixe celle dans une bande fixe celle de l’autrede l’autre

La voie spectroscopiqueLa voie spectroscopique

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Le réseauLe réseau

► 32 x 8 cm32 x 8 cm►Moteur cryogénique Moteur cryogénique

à torsionà torsion►Gravé au diamantGravé au diamant

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A 3 ans du lancement…A 3 ans du lancement…

► Première lumière le 22 juilletPremière lumière le 22 juillet► 127 Kg sur les 130 permis127 Kg sur les 130 permis► Consommation 131,4 W (à réduire à 125,4 W !)Consommation 131,4 W (à réduire à 125,4 W !)► Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié Modèle de qualification testé à froid, démonté, expédié

à ASTRIUM (Ottobrunn)à ASTRIUM (Ottobrunn)► Prochaines étapes:Prochaines étapes:

Livraison des miroirs mi-2005 pour intégration au satelliteLivraison des miroirs mi-2005 pour intégration au satellite Livraison des logiciels de commande et analyse à l’ESALivraison des logiciels de commande et analyse à l’ESA Livraison des modèles de volLivraison des modèles de vol Transformation des modèles de qualification en modèles de Transformation des modèles de qualification en modèles de

secourssecours Définition des programmes scientifiques du temps Définition des programmes scientifiques du temps

garantigaranti Appel d’offre temps ouvert en 2006Appel d’offre temps ouvert en 2006

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Pour en savoir plus …Pour en savoir plus …

►Site web de l’ESASite web de l’ESA►http://pacs.mpe-garching.mpg.de/http://pacs.mpe-garching.mpg.de/►http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/http://pacs.ster.kuleuven.ac.be/►Me demander…Me demander…