De PEGASE `a PERSEE

Les sp´ecifications de PERSEE d´ecoulent directement de l’analyse de RSB faite pour PE- GASE et des sp´ecifications obtenues pour l’instrument, le but ´etant de respecter au mieux la repr´esentativit´e des sp´ecifications de PEGASE.

3.2.2.1 Echelles spatiales

A partir de la sp´ecification du diam`etre des t´el´escopes, on peut ´etablir la sp´ecification sur la taille des faisceaux dans PERSEE. Les t´elescopes de PEGASE font 40 cm de diam`etre, on a donc deux faisceaux collimat´es de ce diam`etre qui proviennent des sid´erostats. On ne peut ´evidemment pas travailler avec des faisceaux collimat´es de cette taille en laboratoire. Cette sp´ecification est donc repr´esent´ee avec un facteur d’´echelle (fix´e `a 1/10), le diam`etre des faisceaux en entr´ee du train optique de PERSEE est fix´e `a 40 mm.

Le syst`eme de compression de faisceaux de PEGASE r´eduit la taille des faisceaux `a 2 cm de diam`etre en aval. En laboratoire, on trouve plutˆot des diam`etres de faisceaux de l’ordre de quelques dizaines de millim`etres. Pour des raisons d’encombrement et de taille des optiques, on choisit d’utiliser un syst`eme de compression qui r´eduit les faisceaux `a 10 mm de diam`etre (si l’on avait choisi un facteur d’´echelle de 1/10 soit un diam`etre de 20 mm, cela aurait conduit a des composants optiques volumineux et un trop grand encombrement dans le module de recombinaison, ainsi que des difficult´es de r´ealisation trop grandes dans le cadre de PERSEE). 3.2.2.2 Domaine spectral et r´esolution spectrale

PERSEE a ´et´e conc¸u pour ´etudier la faisabilit´e du projet PEGASE. Dans ce cadre, la bande spectrale a ´et´e choisie pour ˆetre la plus repr´esentative possible de PEGASE tout en prenant en compte les contraintes impos´ees par une exp´erience en laboratoire. Le domaine spectral de PERSEE s’´etend de 0.8 `a 3.3 µm. La limite inf´erieure de la bande spectrale est impos´ee par les traitements en or des miroirs. Le domaine scientifique s’´etend de 1.65 `a 3.3 µm. Il a ´et´e l´eg`erement d´ecal´e et r´eduit par rapport `a celui de PEGASE ([1.5 - 6 µm]) afin de r´eduire les coˆuts de l’exp´erimentation mais une largeur de bande spectrale relative, similaire d’une octave, a ´et´e maintenue. Pour aller au del`a de 3.3 µm, il aurait fallu utiliser d’autres d´etecteurs ainsi que d’autres optiques avec des traitements diff´erents, ce qui aurait entraˆın´e un coˆut largement sup´erieur au budget pr´evu.

La bande scientifique (que l’on d´enommera par la suite voie IR) est divis´ee en 5 sous-

bandes :

– 4 canaux spectraux compris entre 1.65 `a 2.5 µm, – un canal entre 3.0 `a 3.3 µm.

C’est dans ces canaux que l’on effectue les mesures de taux de r´ejection. Le canal compris entre 2.5 `a 3.0 µm n’est pas utilis´e `a cause de l’absorption de la vapeur d’eau dans cette bande

spectrale.

Le syst`eme de cophasage couvre la gamme spectrale de 0.8 `a 1.5 µm :

– l’identification de la frange centrale est faite dans deux canaux spectraux par le senseur de frange (not´e par la suite SF) : [0.8 - 1.0 µm] et [1.0 - 1.5 µm].

– initialement, la cam´era de pointage (not´ee par la suite FRAS14) devait fonctionner dans la bande [0.6 - 0.8 µm] mais la source pr´evue n’´etait pas compatible. La bande [0.8 - 1.0 µm] lui a donc ´et´e attribu´ee.

Le tableau 3.11 regroupe l’allocation des diff´erents canaux spectraux de PERSEE et leur bande photom´etrique selon la d´esignation astronomique conventionnelle.

Longeur d’onde Allocation Nom

(µm)

[0.8 − 1.0] canal du senseur de pointage I canal 1 du SF

[1.0 − 1.5] canal 2 du SF J

[1.65 − 2.5] voie scientifique IR : 4 canaux H+ K [1.65 - 1.82 µm] - λc1 = 1.74 µm canal 1 [1.82 - 2.02 µm] - λc2 = 1.92 µm canal 2 [2.02 - 2.23 µm] - λc3 = 2.12 µm canal 3 [2.23 - 2.46 µm] - λc4 = 2.35 µm canal 4 [3.0 − 3.3] voie scientifique IR L [3.00 - 3.32 µm] - λc5 = 3.16 µm canal 5

Tableau 3.11 - Allocation des diff´erentes bandes spectrales de PERSEE. λci est la

longueur d’onde centrale du canal i.

En ce qui concerne la r´esolution spectrale (pour la voie IR), nous avons vu que pour PEGASE, elle ´etait fix´ee `a 60. Des analyses de RSB effectu´ees pour PERSEE montrent qu’elle ne peut pas ˆetre repr´esent´ee sur le banc. A titre d’exemple, on pr´esente dans le tableau 3.12, le r´esultat de ces analyses pour la configuration du banc PERSEE telle qu’elle ´etait ´etablie fin 200615. On suppose une transmission optique du banc de 0.6%. Les d´etecteurs sont des d´etecteurs monopixels avec leurs amplificateurs `a d´etection synchrone. La source est un corps noir. Le RSB est donn´e pour la sortie destructive. Si l’on veut respecter la sp´ecification du RSB>10, on voit que mˆeme avec un corps noir `a 5000 K, ce n’est pas possible. Avec une r´esolution spectrale de 1, on ne peut pas ´etudier plusieurs canaux spectraux. On choisit donc le compromis de Rλ=10.

14. Field Relative Angle Sensor 15. ici, on ne simule que l’´etoile

Source 2500 K 5000 K

R´esolution 60 10 1 60 10 1

RSB total 2.32 13.9 13.9 7.26 43.6 43.6

Tableau 3.12 - Calcul du RSB total de PERSEE en fonction de la r´esolution spec- trale. La constante de temps de l’amplificateur `a d´etection synchrone est fix´ee `a 10 s

3.2.2.3 Etage de recombinaison

La recombinaison interf´erom´etrique dans PEGASE est effectu´ee par un syst`eme de type MMZ qui couple `a la fois la voie scientifique et la voie du senseur de frange, dans le but de minimiser les d´erives entre ces deux voies (Jacquinod et al. 2008a,b). Sur PERSEE, nous avons d´ecid´e de tester ce syst`eme original afin de valider sa faisabilit´e. Nous verrons plus en d´etail dans le chapitre suivant les sp´ecifications du recombineur de PERSEE.

3.2.2.4 Contrˆole de la ddm et du pointage

Le syst`eme de m´etrologie de PERSEE doit ˆetre conc¸u pour repr´esenter au mieux les sp´ecifications d´efinies pour PEGASE (erreur sur la ddm σδrms et sur le pointage σαrms). On fixe comme objectif de maintenir une stabilisation fine de la ddm `a 2 nm rms avec le senseur de frange (en mode poursuite). La sp´ecification du syst`eme de pointage fin de PEGASE est de 40 mas sur le ciel, ce qui ´equivaut, au niveau de la charge utile, `a 600 mas (`a cause du taux de compression des faisceaux `a l’entr´ee de la charge utile). On fixe donc comme objectif sur PERSEE de stabiliser, avec le syst`eme de pointage fin (en mode poursuite), la ligne de vis´ee du faisceau avec une pr´ecision d’environ 600 mas en pr´esence de perturbations d’entr´ee comparables `a celles de PEGASE.

Concernant la fr´equence d’´echantillonnage de la boucle de pointage fin, on souhaite pourvoir faire des mesures en boucle ouverte jusqu’`a 5 kHz afin de d´etecter la pr´esence ´eventuelle de perturbations `a haute fr´equence. En boucle ferm´ee la sp´ecification est de 1 kHz, ce qui devrait permettre d’atteindre une bande passante de l’ordre de 100 Hz. De mˆeme, pour le senseur de frange, la fr´equence de travail est sp´ecifi´ee `a ≈5 kHz.

3.2.2.5 D´ephasage achromatique

Dans l’instrument PEGASE, le d´ephasage achromatique est cr´e´e naturellement d’apr`es la configuration optique du banc. Deux miroirs du syst`eme permettent de cr´eer un d´ephaseur `a retournement de champ (APS dont nous avons parl´e dans le chapitre 2). Cette configuration, si elle fonctionne, permet d’´economiser l’ajout d’un composant optique suppl´ementaire. Nous avons donc d´ecid´e de reprendre cette configuration optique sur PERSEE afin de tester sa faisabilit´e.

A noter qu’il sera peut-ˆetre n´ecessaire de rajouter un compensateur de chromatisme constitu´e de couples de lames dispersives. En effet, il se peut que les autres composants du banc (en particulier le syst`eme de recombinaison) introduisent un chromatisme r´esiduel. Ce syst`eme peut ´egalement servir d’APS au cas o`u la solution pr´ec´edente ne fonctionnerait pas.

3.2.2.6 Module source

Pour g´en´erer les deux sous-pupilles repr´esentant les deux bras de l’interf´erom`etre, le syst`eme retenu est un syst`eme de s´eparation de front d’onde avec collimateur. Ce syst`eme a d´ej`a ´et´e ´etudi´e `a l’ONERA sur le banc Brise et chez Thales Alenia Space sur le banc MAII. Pour la source IR, afin de couvrir toute les bandes spectrales, il faut simuler un corps noir. La solution retenue est une lampe X´enon. On effectue un filtrage modal avec des fibres op- tiques monomodes en bande K, ceci afin de r´eduire les contraintes sur la qualit´e des surfaces optiques et sur le syst`eme de pointage. Pour le syst`eme de m´etrologie, nous avons choisi des diodes laser pour les diff´erents canaux spectraux pr´evus. Nous d´ecrirons plus en d´etail le module source dans le paragraphe suivant.

3.2.2.7 Syst`eme d’injection/correction des perturbations

Le syst`eme d’injection et de correction des perturbations pr´evu sur PERSEE doit avoir l’amplitude n´ecessaire afin d’injecter puis de corriger les perturbations provenant des r´esultats du simulateur GNC de vol en formation de PEGASE d´evelopp´e par EADS-Astrium. Il faut donc choisir les actuateurs avec des courses en ad´equation avec les r´esultats du simulateur.

3.2.2.8 Module de d´etection

Pour la voie IR, les analyses de RSB de PERSEE ont montr´e que l’id´eal est d’avoir une cam´era IR faible bruit. Ce syst`eme de d´etection sera d´ecrit plus en d´etail dans le paragraphe suivant.