Performances en vol

Pratiquement tous les syst`emes ont fonctionn´e de fa¸con nominale durant toute la dur´ee du vol. N´eanmoins, comme il ´etait pr´evisible pour un syst`eme aussi complexe, la “prise en main” de l’instrument n´ecessita du temps. De plus certains composants ne furent pas aussi performants que pr´evu en conditions de vol, ce qui explique que ce premier vol technologique ne s’est pas doubl´e d’une observation concluante de la lentille γ. Les paragraphes suivants donnent une liste (non exhaustive) des enseignements (validations ou modifications) de ce vol.

3.4.1.1 Syst`emes valid´es

Parmi les nouveaut´es de ce vol, un certain nombre de syst`emes ont pu ˆetre valid´es, dont les plus importants sont list´es ci-dessous.

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El´ements m´ecaniques

– Aucun mode souple de la nacelle et du t´elescope n’a ´et´e observ´e. – Pas de dommage cons´ecutif `a l’atterrissage.

– Syst`emes m´ecaniques de pointages fin et primaire (v´erins, pivot, cadres, . . . ).

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Electronique, capteurs et asservissements

– Capteurs de restitution d’attitude (inclinom`etres, gyrom`etres, centrale inertielle, r´ecepteur GPS, senseur solaire, . . . ).

– Alimentation g´en´erale et distribution.

– Chaˆıne scientifique d’acquisition (d´etecteurs et ´electronique).

– R´egulation thermique des ´equipements (sauf module d’acquisition CCD), notam- ment la lentille (temp´erature comprise entre 13 et 21,5◦_C).

– Pointage fin, premi`ere heure de pointage primaire.

Informatique

– Programmes bords du module de commande et de l’´electronique d’acquisition. – Segment sol (scientifique et pointage).

3.4.1.2 Syst`emes modifi´es

Ce vol technologique a aussi permis d’effectuer des modifications sur des ´el´ements qui n’ont pas eu le fonctionnement escompt´e.

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El´ements m´ecaniques

– Le moteur du verrou de maintien du t´elescope en position verticale (n´ecessaire pour les phases de d´ecollage et atterrissage) pr´esentait de mauvais contacts (collecteur- balais). Ce syst`eme a ´et´e enti`erement revu pour le vol 2001.

– La structure d’interface entre la chaˆıne de vol et le t´elescope (le “pentagone”) avait dˆu ˆetre recon¸cue rapidement pour satisfaire aux contraintes de lancement et d’ouverture du parachute (voir_{§ 3.2.1 page 115). Le vol 2001 devant embarquer des ´equipements} plus lourds qu’en 2000 (notamment le blindage du d´etecteur), le “pentagone” a ´et´e remplac´e par une structure en “pyramide”, permettant un all`egement de 30 kg (c.`a.d environ un tiers du poids originel de la structure).

– Pour ce premier vol, le cryostat de laboratoire a ´et´e ´equip´e d’un bouchon pr´evenant les fuites d’azote liquide, et d’une valve relative permettant de maintenir la pression interne `a 1 bar au-dessus de la pression atmosph´erique (afin de garder le point d’´ebul- lition `a environ 77 K). Le bouchon s’est av´er´e difficile `a concevoir (r´esistance au froid notamment). De plus, ce cryostat n’´etait pas pr´evu pour refroidir efficacement dans une orientation quelconque ; le niveau minimum d’azote, le poids et l’encombrement du cryostat ´etaient bien plus important que n´ecessaire. Concernant la valve, ´etant sensible `a la diff´erence de pression entre l’azote gazeux et l’atmosph`ere ext´erieure, le dewar se trouve en surpression (et donc une temp´erature d’´equilibre plus ´elev´ee) au sol et pendant la mont´ee. Cette surpression pose en outre des probl`emes de s´ecurit´e lors de la r´ecup´eration de la nacelle. Ce cryostat s’´etant de plus bris´e `a l’atterrissage, il a ´et´e remplac´e par un autre mod`ele, plus petit, pouvant ˆetre pressuris´e et avec un refroidissement effectif dans n’importe quelle orientation (voir fig. 3.3.1.1 page 125). La valve diff´erentielle a en outre ´et´e remplac´ee par une valve absolue, maintenant la pression interne `a 1 bar quelle que soit la pression externe.

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Electronique, capteurs et asservissements

– L’asservissement du pointage primaire en azimut est entr´e en r´esonance apr`es 1h15 de bon fonctionnement. La nature de cet accrochage est difficile `a identifier avec pr´ecision, puisqu’il met en jeu `a la fois l’inertie et les modes d’oscillations de la chaˆıne de vol (notamment la NSO et le lest), les perturbations dues au vents, l’inertie de la nacelle (d´ependant notamment de l’´el´evation) et les filtrages de l’asservissement. Tous ces ´el´ements sont difficilement reproductibles au sol. Pour le vol 2001, les proc´edures d’asservissement ont ´et´e revues et une couronne de masselottes a ´et´e fix´ee sur le cˆable au-dessus du pivot d’azimut afin d’augmenter le moment d’inertie de la chaˆıne de vol.

– A 40 km d’altitude, l’absence d’air empˆeche tout refroidissement par convection (naturelle ou forc´ee par un ventilateur), l’´evacuation de la chaleur ne peut alors se faire que par conduction. Le drain thermique install´e pour refroidir le processeur de l’ordinateur d’acquisition CCD ´etait sous-dimensionn´e, induisant une temp´erature de cet ´el´ement sup´erieure `a 80◦_{C (limite du capteur), le processeur ´etant qualifi´e}

pour 70◦_{C. Le pont thermique en question a donc ´et´e renforc´e pour le vol 2001.}

– Les trames de donn´ees ´etaient ´emises par trois modules bord : le module de com- mande, le module de pointage fin et l’´electronique scientifique. Afin d’effectuer un post-traitement efficace, les datations de ces trames se r´ef`erent toutes au temps issu

du syst`eme GPS. N´eanmoins, seul le module de commande recevait directement et int´egralement les donn´ees temporelles du GPS. Le module de pointage recevait ainsi la date de r´ef´erence par l’interm´ediaire des t´el´emesures issues du segment sol. L’horloge interne de l’ordinateur d´erivant par rapport au temps GPS, les trames des deux modules se sont peu `a peu d´ecal´ees, rendant les comparaisons difficiles. D’autre part, la seule r´ef´erence de temps externe disponible pour l’´electronique d’acquisition consiste dans la datation (en temps instrument) d’un signal carr´e synchronis´e avec le pulse par seconde issu du GPS. Cette m´ethode fonctionne tr`es bien pour d´etermi- ner la fraction de seconde TU en temps instrument. Malheureusement, il s’est av´er´e difficile de r´egler l’horloge “temps r´eel” de bord `a une seconde pr`es par rapport au temps GPS (principalement en raison des d´elais de saisie et de transmission des t´el´emesures). Au final, le recalage des horloges s’est effectu´e grˆace `a l’observation simultan´ee (par le module de commande, le module de pointage fin et l’´electronique d’acquisition) des variations de la tension d’alimentation g´en´erale. Pour ´eviter ces probl`emes, la date GPS du vol 2001 a ´et´e distribu´ee `a tous les modules de poin- tage. Concernant la datation des trames scientifiques, les pulses correspondant au d´ebut d’une minute GPS ont ´et´e mis `a z´ero afin d’augmenter la p´eriodicit´e (c.`a.d l’ind´etermination) d’une seconde `a une minute.

– La nacelle a pu ˆetre lanc´ee au milieu de la fenˆetre de trois jours (14,15 et 16 juin) que permettait le m´ecanisme de suivi du Soleil. Le remplacement de ce syst`eme par une “tourelle” avec un d´ebattement angulaire plus important a permis d’augmenter la fenˆetre de lancement `a sept jours et ainsi d’ˆetre plus tol´erant aux conditions m´et´eorologiques de lancement.

– Le blindage passif utilis´e pour ce vol (voir le_{§ 3.3.2.2 page 133 et la fig. 3.18 page 135)} n’aurait pas r´eduit suffisamment le bruit de fond instrumental pour permettre la d´etection du signal diffract´e. Un blindage actif (voir le _{§ 3.3.2.2 page 135) a donc} ´et´e d´evelopp´e pour le vol 2001 (voir fig. 3.19 page 136).

Informatique

– Une erreur dans la commande des v´erins de pointage solaire n’a pas permis d’assurer correctement le suivi de la n´ebuleuse du Crabe. Les proc´edures ont ´et´e enti`erement revues et corrig´ees pour le deuxi`eme vol.

– L’ergonomie des logiciels de t´el´ecommandes/t´el´emesures scientifiques a ´et´e am´elior´ee (modifications mineures).

– L’enregistrement et l’analyse en temps r´eel des donn´ees scientifiques n´ecessitent la duplication du signal sur cinq ordinateurs. Lors du premier vol, ce signal ´etait sim- plement distribu´e directement (limande avec 5 prises) aux cartes d’acquisition. Ce montage fonctionnait en connexion directe avec l’´electronique de vol. Malheureu- sement, le r´ep´eteur fourni par le CNES (recopie du signal apr`es la transmission radiofr´equence) ne pouvait pas supporter la charge de cinq cartes d’acquisition sur la mˆeme voie (effondrement du signal). Ce probl`eme, d´ecouvert le jour du vol, a ´et´e r´esolu en branchant les trois ordinateurs d’enregistrement sur la voie principale et les deux autres sur une voie de mesure TTL, reconvertie en RS-232. Pour le vol 2001, un r´ep´eteur RS-232 `a cinq voies a ´et´e intercal´e entre la sortie CNES et les cartes d’acquisition.

Syst`eme optique de pointage

– Le t´elescope central permettant le report de l’axe lentille vers le syst`eme de pointage pr´esentait un champ de vue trop faible (2◦ _{au lieu de 4}◦_{) pour visualiser le Soleil}

pendant le pointage du Crabe. Les pointages se sont donc effectu´es `a partir d’une extrapolation de la caract´erisation du m´ecanisme de pointage, dans un domaine ou le Soleil ´etait visible par la cam´era centrale. D’autre part, l’empilement de filtres et de lentilles a induit des images parasites, d´egradant la r´esolution optique du t´elescope. Enfin, le mode d’acquisition de la cam´era CCD (temps d’exposition automatique) a engendr´e une modulation des niveaux de gris, rendant plus d´elicat le barycentrage pr´ecis du Soleil dans le champ. De ce fait, le t´elescope central a ´et´e enti`erement recon¸cu (syst`eme plus simple, l´eger et de meilleur qualit´e optique), une camera “grand champ”a ´et´e ajout´e pour permettre une visualisation des d´ecalages angulaires “vrais” du Soleil pendant le pointage Crabe. Enfin, le mode de fonctionnement de la

camera CCD a ´et´e modifi´e de fa¸con `a fixer le temps d’int´egration. La lentille

– ´Etant donn´e le temps d’exposition disponible, la lentille n’a pas pu ˆetre test´ee durant ce vol. Cependant, le manque de temps (et de cristaux ad´equats) n’a pas permis de compl´eter les deux derniers anneaux de la lentille (anneaux 6 et 7), induisant une r´eduction de son efficacit´e d’environ 15%. Ceux-ci ont pu ˆetre remplis pour le vol 2001.

Finalement, la quasi-totalit´e des syst`emes ont montr´e un comportement nominal et des solutions ont pu ˆetre trouv´ees concernant les dysfonctionnements constat´es.

La dur´ee utile d’observation sur le Crabe a ´et´e r´eduite `a 45 min. ´Etant donn´e le niveau de bruit de fond instrumental relativement ´elev´e, aucune d´etection des photons diffract´es n’a ´et´e possible. Le pointage Crabe ´etant devenu impossible pendant les deux derni`eres heures du vol (probl`eme sur la commande des v´erins de pointage solaire), la lentille a alors ´et´e point´ee sur diff´erentes tˆaches solaires grˆace `a la lunette centrale. L’objectif ´etait d’observer en γ une ´eventuelle ´eruption solaire (qui n’a malheureusement pas eu lieu). N´eanmoins, quelques r´esultats d’analyse du bruit de fond peuvent ˆetre obtenus et sont r´esum´es dans la section suivante.