La réalisation de MIRIM-OB (Mid InfraRed Imager-Optical Bench), le banc optique de l'imageur de l'instrument MIRI, un des quatre instruments du futur télescope spatial JWST, vient de franchir une étape essentielle avec la démonstration qu’il répondait parfaitement aux nombreuses et rigoureuses contraintes imposées par son usage dans l’espace. Résistance aux vibrations, tenue en température ou endurance aux doses d’irradiation due à l’environnement spatial ont été au menu de cet examen, appelé "Revue de Qualification", qui s'est tenu devant un comité d’experts. Passée avec succès, cette étape permet d’engager maintenant la construction de l’instrument qui équipera le plan focal du JWST, dont le lancement est prévu pour 2013.
Une batterie de tests
La "Revue de Qualification" d'un instrument spatial valide l'aptitude de celui-ci à être lancé et à opérer dans l'espace. En particulier, cette revue doit démontrer que l'instrument est en mesure de supporter les contraintes de fonctionnement ainsi que les contraintes spécifiques liées au domaine spatial.
A gauche une vue d'ensemble de l'instrument MIRI. A droite le banc optique de MIRIM en cours de tests au laboratoire. (crédits: CNES/CEA).
Les contraintes de fonctionnement sont en grande partie liées à la température optimale à laquelle les détecteurs de rayonnement infrarouge doivent opérer, soit environ 7° Kelvin (-266° Celsius). Ainsi, il fallait faire la preuve que MIRIM-OB pouvait atteindre cette température compte tenu des contraintes du système de refroidissement à bord du satellite, et garantir également son fonctionnement à cette température. Il était également impératif de montrer que l'instrument serait capable de résister aux différents cycles thermiques auxquels il sera exposé au cours de sa vie, au sol et en vol, depuis la température nécessaire à la décontamination moléculaire (80° Celsius) jusqu'à sa température d'opération.
Les contraintes spatiales sont nombreuses et de nature variées. L'instrument sera soumis à des vibrations d'origines mécaniques et acoustiques, parfois très violentes durant le lancement. Le fonctionnement dans le vide impose aussi des contraintes spécifiques liées notamment aux échanges thermiques, au dégazage lors de la phase de lancement, ainsi qu'à l'utilisation des matériaux. Il était aussi nécessaire de prouver que l’instrument était conçu avec le souci de prévenir toute contamination (particulaire et moléculaire) qui pourrait dégrader les performances des instruments voire provoquer des pannes graves. Dans l'espace, les systèmes sont soumis à d'importantes doses d'irradiation, soit accumulées au cours du temps, soit produites localement par des événements fortuits. Finalement, un satellite étant un environnement électrique isolé et clos, les risques de perturbations électromagnétiques mutuelles sont élevés et doivent être prévenus.
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| L'ensemble du banc optique de MIRIM placé sur un pot de vibrations. Ce dispositif soumet le système et ses différentes composantes à des vibrations très intenses, simulant les efforts qu'ils subiront lors du décollage de la fusée. De nombreux capteurs contrôlent avec précision le comportement de chacun de ces composants. Cliquer sur l'image pour voir le film de cette mise à l'épreuve (format avi, 13 Mo). Autre format disponible: quicktime, 26 Mo.(Crédits:CEA/SAp). |
Examen de passage réussi
La démonstration que l'instrument satisfera à toutes ces exigences s'obtient par la combinaison de différents moyens: les simulations théoriques, les héritages éventuels de missions spatiales antérieures qui auraient utilisés des systèmes, des procédés, ou des matériaux identiques ou similaires, et des tests réalisés en laboratoire à l'aide de modèles intermédiaires. Quant à tous les matériaux, composants et procédés utilisés, ils doivent être certifiés séparément.
La préparation de la revue consiste à réunir l'ensemble des éléments (documentations, résultats des tests, analyses, …) constituant la preuve de l'état de Qualification. La revue s'est tenue au Service d’Astrophysique du CEA-IRFU en février 2008 et a été déclarée "Passée avec succès" par le Comité de revue constitué d’experts internationaux du Consortium MIRI [1], de l'Agence spatiale européenne (ESA), et de l’Agence Spatiale nord-américaine (NASA).
La revue de lancement en fabrication du Modèle de Vol s'est tenue le même jour avec le même succès. Le Modèle de vol de MIRIM-OB est maintenant en cours de fabrication. Sa livraison au Rutherford Appleton Laboratory (RAL) pour son intégration finale dans MIRI est prévue pour mi-2009, après les campagnes de tests cryogéniques qui sont sur le point de débuter.
Contact :
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Le cryostat de l’imageur Mirim |
Pour en savoir plus
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Le site JWST/MIRI du Service d'Astrophysique du CEA/Dapnia |
Notes :
Le consortium MIRI réunit autour de l'ESA l'ensemble des laboratoires des 10 pays européens impliqués dans le projet (Royaume Uni, France, Belgique, Pays-Bas, Allemagne, Espagne, Suisse, Suède, Danemark et Irlande).
Sous contrat avec l’ESA, le CNES assume la responsabilité française de MIRIM en partenariat avec le Service d'Astrophysique du CEA/IRFU a qui il a confié la direction des aspects scientifiques et techniques du projet. La contribution française inclut également le Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA / Observatoire de Paris), l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS / CNRS & Université de Paris-Sud) et le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (LAM, Observatoire astronomique de Marseille-Provence/CNRS).
Rédaction: J.L. Auguères, P. Bouchet
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• Le Département d'Astrophysique // UMR AIM (DAp)
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