HERSCHEL - HIFI

Le satellite L'observatoire spatial Herschel (anciennement appelé FIRST pour Far InfraRed and Submillimetre Telescope) est un satellite d'observation astronomique de l'ESA, l'agence spatiale européenne. Approximativement d'une hauteur de 7 m, d'une largeur de 4,3 m, et d'une masse de 3,25 t, son lancement a été effectué le 14 mai 2009 à bord d'un lanceur Ariane V, pour une durée de vie estimée de 3 à 4 ans. Herschel est une des pierres angulaires du programme Horizons 2000 de l'ESA. De part sa position à 1,5 millions de km de la Terre dans la direction opposée au Soleil (point de Lagrange L2), il est capable d'observer l'Univers à des longueurs d'onde encore jamais couvertes auparavant dans l'infrarouge lointain et le domaine submillimétrique. Le télescope de Herschel possède un miroir primaire de 3,5 m et trois instruments de détection dont le spectromètre à haute résolution HIFI (Heterodyne Instrument for Herschel). Afin d'offrir la meilleure sensibilité possible, les instruments doivent être refroidis à -271°C, soit 2°K, grâce à un cryostat à hélium liquide.

L'instrument HIFI

Hors de l'atmosphère terrestre, HIFI détecte des raies de transitions rotationnelles pour des molécules pour l'instant invisibles du sol (comme l'eau) et avec une sensibilité bien plus grande que les satellites précédents de radioastronomie submillimétrique. HIFI est totalement exempt de toute pollution par des raies d'absorption d'origine atmosphérique.

HIFI peut observer le ciel avec une résolution spectrale inégalée de 480 à envrion 1700 GHz. La couverture complète des fréquences de 480 à 1250 GHz (625 - 240 mm) est un de ses points forts – permettant des surveys de raies systématiques pour certains objets – et est assurée par cinq instruments hétérodynes SIS aux domaines de fréquences adjacents, réalisés par différents pays. La France est en charge de réaliser, outre les spectromètres haute résolution, la partie front-end du Canal 1, couvrant la bande 480 à 640 GHz.

Le mélangeur du Canal 1 est de type SIS en guide d'onde, puisque le signal (ici, la superposition du rayonnement de l'oscillateur local et de celui collecté par le satellite) est acheminé à l'élément mélangeur (une jonction SIS) par un cornet corrugué, puis un guide d'onde rectangulaire.

En raison des spécifications de HIFI, réclamant un très grand produit sensibilité * bande passante, plusieurs innovations techniques ont été apportées dans la phase de développement et de conception du Canal 1, par rapport à de nombreux mélangeurs SIS (tels que ceux équipant actuellement les observatoires submillimétriques). Ces innovations concernent en particulier :

• Le cornet corrugué
• La structure en guide d'onde
• La jonction SIS et son circuit hyperfréquence intégré
• L'électro-aimant supraconducteur
• Les circuits de filtrage

Canal 1 : vue du modèle prototype 45 x 32 x 32 mm, 75 g maximum	Canal 1 : vue du modèle prototype ouvert
Coupe du Canal 1	Circuits du Canal 1

Participation de la Division Technique de l'INSU

La DT est chargée d'effectuer la conception mécanique et la réalisation du prototype du Canal 1, en partenariat avec le Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA). Elle apporte un soutien en calcul de structures par éléments finis, pour le dimensionnement et les calculs de déformation de certaines pièces délicates. L'atelier mécanique participe à la mise au point de méthodes d'usinage spéciales : pliage des bobines en Cryoperm, caractérisation des matériaux, corrugations.

Contact : Joseph SPATAZZA

Autres informations

• L'équipe du LERMA et de la DT récompensée par le prix des ingénieurs de l'année 2008
• HIFI sur le site du LERMA
• HIFI sur le site du SRON (Space Research Organization Netherlands) (en anglais)
• Herschel sur le site de l'ESA (en anglais)