Le JWST (James Webb space telescope), futur successeur du HST (Hubble space telescope) à l’horizon 2013, est en cours de réalisation par la Nasa en partenariat avec le Canada et l’Europe par l’intermédiaire de l’ESA (European space agency). Dans le cadre de ce programme, le Service d’astrophysique a la charge de la réalisation et des essais de l’instrument de détection Mirim (Mid infra-red imager) qui travaille dans la gamme de l’infrarouge moyen (5 à 27 µm) pour l’observation de la formation et de l’évolution des galaxies et des systèmes planétaires lointains.
Le SACM a étudié et spécifié la réalisation du cryostat du banc d’essais de cet imageur. Il est destiné à refroidir à très basse température (5 à 20 K) l’ensemble de l’instrument, c’est-à-dire la structure opto-mécanique et le détecteur infrarouge. Les températures seront régulées indépendamment avec une précision de +/-0,1K pour la structure optique et de +/-0,01 K pour le détecteur lui-même en conditions nominales. Des rampes de mise en froid et de réchauffage d’environ 10 kelvins par heure sont nécessaires afin de limiter les contraintes liées aux rétreints et aux dilatations thermiques lors de ces phases.
Pour des raisons de stabilité, une réfrigération à partir d’hélium liquide a été décidée ; on utilise alors la chaleur sensible du gaz pour maintenir la température désirée.
Cryostat monté sur la table optique par l’intermédiaire d’un hexapode.
L’ensemble Mirim sera positionné au sein d’un écrantage thermique à 4,2 K directement lié à un réservoir de 100 litres d’hélium liquide. Un second écran à 70 K refroidi par circulation d’hélium gazeux permettra de limiter les apports radiatifs sur le premier. Cet ensemble est placé dans une enceinte à vide en acier inoxydable afin de stopper les apports de chaleur par convection et conduction dans l’air.
Deux circuits d’échangeurs en hélium permettent de contrôler la température souhaitée du détecteur et de la structure opto-mécanique. La régulation de ces températures est réalisée en contrôlant les débits d’hélium dans les deux circuits et est ajustée plus finement par des petits éléments chauffants placés sur les échangeurs de chaleur. Un système de remplissage automatique permet de maintenir le niveau d’hélium liquide dans le réservoir afin de rester en froid durant les périodes d’essais.
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• Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
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Dernière mise à jour : 20-11-2024
