Instruments de la mission SVOM
La mission SVOM combine à la fois des moyens d'observations spatiaux et des moyens au sol.
La charge utile embarquée sur le satellite SVOM se compose d'un ensemble de quatre instruments montés sur une plateforme :
– le télescope ECLAIRs qui déclenche une alerte lorsqu'un sursaut gamma est détecté et localisé dans son champ de vue
– le télescope à rayons X MXT qui affine la localisation donnée par ECLAIRs
– un ensemble de trois détecteurs gamma (GRM) qui étendent l’observation du sursaut dans le domaine gamma
– un télescope opérant dans le domaine visible et le proche Infra-rouge (VT) qui affine la localisation du sursaut donné par MXT
Les moyens sol sont :
– Un télescope robotique grand champ (GWAC) opérant dans le visible et scrutant la moitié du champ de vue d’ECLAIRs
– deux télescopes robotiques petit champ (GFT) opérant dans le visible et le proche infra-rouge
– un réseau d'alerte
– deux centres scientifiques (un en France, l'autre en Chine)
Moyens spatiaux
La localisation rapide et précise dans le ciel d'un sursaut gamma nécessite un système d'imagerie performant. L'élément clé du satellite est une caméra qui utilise le principe d'ouverture à masque codé, identique à celui mis en oeuvre dans le cas de la mission INTEGRAL, l'observatoire européen du rayonnement gamma. Les objectifs scientifiques de la mission imposent que le dispositif de détection couvre une gamme d'énergie allant des photons X-mous (<10 keV) jusqu'aux X -durs/gamma de basse énergie (quelques centaines de keV). Les contraintes imposées dans le cadre de la filière minisatellite (poids, volume, consommation électrique…) ont conduit à la conception et réalisation d'un télescope particulièrement compact.
Les instruments de ECLAIRs
Le télescope à grand champ ECLAIRs
ECLAIRS est un télescope X et gamma à grand champ (2 stéradians soit un carré de 80×80 degrés) sensible aux photons d'énergie compris entre 4 et 150 keV. La caméra est chargée de déclencher l'alerte après détection d'un sursaut. Le plan de détection, situé à 46 cm du masque codé, est constitué d'une mosaïque de semi-conducteurs en CdTe (Tellure de Cadmium). Inspiré du plan de détection de la caméra IBIS/ISGRI à bord du satellite INTEGRAL, ces détecteurs ont été l'objet d'une phase de recherche et développement (R&D) dans le but de descendre le seuil de détection (énergie minimale détectable) le plus bas possible. Ainsi, la mise au point d'une nouvelle électronique de lecture a permis de fixer le seuil à 4 keV contre 12 keV dans le cas du détecteur ISGRI. Cette performance est un point clé de la mission en permettant à la caméra ECLAIRS de couvrir une gamme d'énergie allant des photons X de basse énergie jusqu'aux photons de 15O keV alors que deux instruments distincts étaient nécessaires auparavant.
Schéma du télescope ECLAIRs. Le masque est situé à 46 cm de la caméra. Cette dernière consiste en un assemblage de 200 matrices de 32 détecteurs en CdTe (de dimension 4mmx4mm pour 1mm d'épaisseur), soit 6400 pixels au total. Dotée d'une électronique de lecture spécialement étudiée, ce plan de détection est sensible aux photons d'énergie comprise entre 4 et 150 keV. Le télescope est protégé du rayonnement et des particules indésirables par un bouclier composé de Plomb et de Cuivre. L'électronique associée à la caméra est placée sous le plan de détection tandis que le système de radiateur permet d'évacuer l'énergie dissipée.
UGTS (Unité de Gestion et de Traitements Scientifiques)
Ce boitier électronique est en quelque sorte le cerveau du télescope. Il analyse en temps réel les données provenant de la caméra ECLAIRs, génère un signal de déclenchement et détermine la position du sursaut. L'information est alors transmise à la plateforme qui se réoriente afin d’inclure le sursaut dans le champ de vue du télescope X MXT et du télescope visible VT. En parallèle, un message d'alerte est transmis au sol via un signal VHF.
ECLAIRs devrait détecter et localiser environ 80 sursauts par an.
Le télescope à rayons X MXT
Le télescope MXT (Micro-channel X-ray Telescope) est un télescope à rayons X de basse énergie (0.2-10 keV) d'une longueur focale de 1 mètre. Son optique originale est inspirée du système de vision des langoustes. L’optique est constituée par l’intégration dans un barillet sphérique de 24 Plaques de Micro Pores (MPO).Chaque plaque est un arrangement très précis de canaux microscopiques à section carrée de 40µm dans une plaque de verre. Son plan focal est équipé d'un pn-CCD de 256×256 pixels pour une taille de pixel de 75 microns. Au final, le télescope est doté d'un champ de vue de 1 degré2 et est apte à reconstruire la position d'un sursaut gamma avec une précision de quelques dizaines de seconde d’arc.
Le télescope MXT devrait détecter et localiser environ 70 sursauts par an.
GRM (Gamma-Ray burst Monitor)
Cet instrument est constitué d'un ensemble de trois détecteurs couvrant un champ de vue de 2,6 sr et chargés de mesurer le spectre et la courbe de lumière de l'émission prompte du sursaut dans la gamme d'énergie 30 keV-5 MeV. Chaque détecteur est composé d’un cristal d’Iodure de Sodium (NaI, 200cm2, épaisseur 1,5 cm) accolé à un tube photomultiplicateur. Ci-contre un schéma représentant l'un des détecteurs. En combinant l’information des trois détecteurs on peut constituer une triangulation et localiser grossièrement le sursaut avec une précision de 15°x15° dans un champ de vue plus large que celui d’ECLAIRS. Cette information pourrait s’avérer précieuse dans la recherche d’événements en coïncidence avec les détecteurs d’ondes gravitationnelles au sol.
Le GRM devrait détecter environ 110 sursauts par an.
VT (Visible Telescope)
Le télescope VT est un télescope de type Ritchey-Chretien disposant d'un miroir primaire de 40 cm et possédant un champ de vue de 26 arc minutes x 26 arc minutes. Son plan focal est équipé de deux caméras CCD 2048×2048 couvrant deux gammes de longueur d’onde : la voie bleue de 450 à 650nm et la voie rouge de 650 à 950 nm. Le VT devrait atteindre la magnitude visuelle de 22.5 en 300 secondes. De plux, en moins de 10 minutes après l’alerte donnée par ECLAIRS et en utilisant la position affinée fournie par MXT, cet instrument est apte à reconstruire la position du sursaut gamma avec une précision de quelques secondes d'arc.
Le VT devrait détecter et localiser environ 60 sursauts par an.
Composante sol
Les moyens sol mis en oeuvre dans le cadre de la mission SVOM sont une composante à part entière du projet. Ils incluent des télescopes au sol spécialement dévolus à la mission (télescope grand champ et à champ plus restreint), le réseau d'alerte et des centres scientifiques chargés de la gestion des données.
GWAC (Ground Wide Angle Camera) ou caméra grand champ
Ensemble de 36 caméras de 180mm de diamètre couvrant un champ de vue d’environ 5000 degré2 soit à peu plus que la moitié du champ de vue du télescope ECLAIRs. L’objectif de cet instrument est d’observer dans le visible (entre 500 et 950 nm) l’émission prompte du huitième des sursauts détectés par ECLAIRs. La sensibilité estimée est de magnitude 16 pour un temps d'exposition de 10 sec.
Ci-contre, un modèle d’ingénierie d’un module GWAC (4 caméras). L’ensemble complet comportera 9 modules. La première lumière est attendue pour 2017.
GFT (Ground Follow-up Telescope) ou télescope de suivi
Ensemble de deux télescopes robotiques, opérant tous deux dans le visible et le proche infrarouge, chargés de mesurer avec précision les coordonnées célestes du sursaut, de mesurer l’évolution photométrique de l’émission rémanente dans plusieurs bandes spectrales (du visible au proche infrarouge) et de fournir une estimation photométrique de son décalage vers le rouge. Afin d’assurer le meilleur suivi des observations menées à bord de la plateforme spatiale, il est envisagé d’implanter le GFT‑1 au Mexique et le GFT‑2 sur le territoire chinois à l’antipode du GFT‑1.
Réseau d'alerte
Le réseau d'alerte est une entité permettant un contact permanent du satellite vers le sol.
FSC (Centre Scientifique Français)
Le centre scientifique français a en charge la reconstitution du message d’alerte diffusée sur le réseau VHF et sa distribution à la communauté scientifique.
En liaison avec son homologue chinois, le Centre Scientifique Français est chargé de la gestion opérationnelle des équipements scientifiques français embarqués, de leur étalonnage en vol, du traitement de l’archivage et de la distribution des données scientifiques.