L'instrument CIRS (acronyme pour "Composite InfraRed Spectrometer" ou "Spectromètre Infrarouge Composite") est le fruit d'une collaboration entre le CEA-DAPNIA de Saclay, le Centre Spatial Goddard (GSFC) de la NASA à Washington, l'Université d'Oxford, le Queen Mary's College de Londres et l'Observatoire de Paris-Meudon.
Fig 1: Le modèle de vol du spectromètre infrarouge CIRS. On voit à droite le télescope de 50 cm de diamètre. Au fond, en demi-cercle, on aperçoit le radiateur permettant de refroidir passivement les détecteurs des plans focaux FP3 et FP4.
Fig 2: Silhouettes des trois plans focaux du spectromètre CIRS projetées sur une coupe verticale de l'atmosphère du satellite Titan. Le plan focal FP1 est circulaire, les deux barrettes de dix détecteurs FP3 et FP4 permettront d'étudier l'atmosphère avec des détails de 40 km.
Le détecteur du plan focal 4 et son électronique
Le Service d'Astrophysique (DAPNIA/SAp) a assuré la réalisation de la barrette de détecteur du plan focal FP4 et de son électronique de traitement en collaboration avec le Service d'Instrumentation Générale du DAPNIA, et le laboratoire LETI/LIR du centre CEA de Grenoble. Elle a été financée en partie par le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES). La barrette est composée de dix détecteurs photovoltaïques HgCdTe (tellure de mercure et de cadmium) de très haute détectivité dans le domaine de longueur d'onde 7-9 µm. Chaque élément couvre un champ de vue de 0,27 mrad, offrant une résolution spatiale de 40 km dans le profil atmosphérique vertical de Titan. La température du plan focal est maintenue à 80 K grâce à un radiateur passif construit au Laboratoire Cavendish d'Oxford. Les détecteurs ont été fabriqués au LETI/LIR (CEA Grenoble) puis montés et testés au SAp. La vulnérabilité aux rayonnements ionisants et aux vibrations mécaniques ainsi que la susceptibilité électromagnétique des principaux sous-ensembles ont fait l'objet de tests, pleinement satisfaisants. Le développement de barrettes de très haute sensibilité (D* > 5 1011 cm Hz 1/2/W à 80 K) a constitué un réel challenge pour le LETI/LIR. La difficulté a résidé essentiellement dans l'élimination des défauts dans le matériau, qui produisent un excès de bruit et altèrent les performances des détecteurs. Trois barrettes ont été obtenues après une sévère sélection.
Fig 3: La barette de détecteurs HgCdTe du plan focal FP4 réalisée par le laboratoire LETI/LIR du CEA Grenoble. Elle détecte avec une très bonne sensibilité le rayonnement infrarouge dans le domaine 7-9µm
Au coeur des préamplificateurs fonctionnant à 170 K, un circuit hybride, réalisé par la SAT suivant les spécifications du SAp, permet de tenir les contraintes de volume et de charge thermique sur le détecteur. L'électronique de traitement du signal a également été un point délicat du projet : les contraintes initiales déjà difficiles ont été aggravées par l'instabilité occasionnelle du moteur qui pilote les bras mobiles des interféromètres. Des circuits de filtrage, aussi discriminants que possible aux fréquences d'"alias" tout en restant linéaire en phase et en amplitude dans la bande passante des mesures (50 Hz!), ont du être réalisés avec l'aide du Service d'Instrumentation Générale du DAPNIA.
Fig 4: Carte de l'électronique de mise en forme du signal réalisée au Service d'Instrumentation Générale du DAPNIA (amplification, filtrage, multiplexage des 10 voies avant conversion analogique-numérique)
Fig 5: Aperçu des pré-amplificateurs de conversion courant-tension des dix détecteurs du plan focal FP4 fonctionnant à 170K. Réalisation SAT
