27-06-2013 Communiqué de presse Astrium

D’Hipparque à Edwin Hubble, les astronomes cherchent depuis plus de 2000 ans à connaître l’Univers qui entoure notre bonne vieille Terre et à comprendre son évolution. En 2013, les femmes et les hommes d’Astrium sont en train de finaliser l’outil qui va permettre de poursuivre cette quête du Graal astronomique. GAIA, le télescope spatial le plus évolué jamais réalisé en Europe, va bientôt dresser la carte la plus détaillée de notre galaxie, la Voie Lactée, et en révéler des zones inconnues. Avec un objectif plus profond encore : comprendre les origines et l’évolution de l’Univers.

Où sommes-nous ? D’où venons-nous ? Premières réponses dans cinq ans…

Gaia va cartographier un milliard d’étoiles au sein de notre galaxie en relevant près de 70 fois, au cours des cinq années que durera cette mission, leurs vitesses et positions, y compris la distance qui les sépare de la Terre, et leur brillance.

La mission Gaia devrait également permettre la découverte de centaines de milliers
d’objets célestes inconnus, y compris des planètes extrasolaires et des étoiles
avortées, appelées naines brunes. A l’intérieur de notre système solaire, Gaia devrait également arriver à identifier des dizaines de milliers d’astéroïdes supplémentaires.

Cette mission contribuera par ailleurs au relevé d’un vaste ensemble d’objets célestes, de toutes les tailles, allant des très nombreux corps mineurs présents dans notre système solaire aux 500 000 quasars, en passant par les galaxies voisines et environ 10 millions de alaxies plus éloignées. Enfin, Gaia procédera à de nouvelles vérifications particulièrement fiables de la théorie de la Relativité générale.

GAIA fera appel à un concept astronomique global, inauguré avec succès par Hipparcos, une autre réalisation d’Astrium. Au cours de l’année 1989, ce prédécesseur de GAIA avait déjà permis de recenser 120 000 étoiles.

Le meilleur emplacement, la meilleure technologie

Pour mesurer position et vitesse d’une étoile située à plusieurs milliards de milliards de kilomètres, GAIA a en fait deux secrets : son emplacement et sa stabilité.

Un emplacement de rêve

GAIAa sera situé sur l’un des cinq points de Lagrange du système Soleil – Terre, le point L2. Les points de Lagrange sont des points très précis du Cosmos où un corps, par exemple un satellite, reste fixe et parfaitement stable dans l’Espace. Situés à 1,5 million de kilomètres de la Terre, ces emplacements sont très convoités par les missions spatiales d’observation astronomique requérant une très grande stabilité de pointage.

Le secret du point de Lagrange, également appelé « point de libration », est l’annulation des attractions relatives. Sur les cinq points de Lagrange, précisément, les champs de gravité de deux corps (de masse substantielle, la Terre et le Soleil par exemple), qui tournent en orbite l’un autour de l’autre, se combinent de manière à fournir un point d’équilibre à un troisième corps de masse négligeable. Les positions relatives de ces trois corps sont donc fixes. Ainsi, placé sur le point L2, Gaia ne bougera plus jamais par rapport au Soleil et à la Terre et bénéficiera d’un environnement thermique stable.

Les missions spatiales utilisent essentiellement les points L1 et L2. Depuis 1995, la sonde SoHO (Solar and Heliospheric Observatory), station d’observation du Soleil développée par Astrium, est située sur le point L1, à 1,5 million de km de la Terre face au Soleil. Le point L2, situé à 1,5 million de km de la Terre à l’opposé du point L1 (L2 ne voit jamais le Soleil), est particulièrement bien adapté pour observer le Cosmos. Depuis 2009, les satellites Planck Surveyor et Herschel, notamment, y sont situés et seront bientôt rejoints par le James Webb Space Telescope et Gaia.

Le meilleur de la technologie européenne
Gaia emportera des instruments ultramodernes, parmi lesquels le télescope le plus sensible jamais réalisé. A l’instar du télescope spatial qui équipait Herschel, et de tous les instruments réalisés par Astrium pour les missions d’observation de la Terre, cet équipement de pointe bénéficie d’une expertise unique développée par Astrium dans le domaine des télescopes en carbure de Silicium (SiC).

La précision des mesures effectuées par Gaia sera extrêmement élevée : depuis la Lune, il lui serait possible de mesurer l’ongle du pouce d’une personne sur Terre !

Le carbure de Silicium (SiC) a été choisi par les ingénieurs d’Astrium pour Gaia car c’est le seul matériau qui lui permet de garantir la stabilité, la longévité et la légèreté de la sonde. Le carbure de Silicium est au coeur d’une filière unique au
monde basée autour de Toulouse (France). Astrium et son partenaire la PME innovante Boostec, ont réussi à créer, au fil des réalisations spatiales, une véritable filière économique aujourd’hui couronnée de succès. Le SiC produit en région Midi-Pyrénées est exporté dans le monde entier.

La technologie de pointe employée par Gaia ne s’arrête pas au carbure de Silicium. Ainsi, la sonde emploiera pour son contrôle d’attitude une propulsion à gaz froid (azote), qui permet de régler en continu la performance de pointage avec la précision extrême requise.

Gaia utilisera également un capteur « photographique » d’une précision jamais égalée. Imaginez la qualité de vos photos de vacances si votre appareil disposait d’un capteur d’un milliards de pixels ! C’est la technologie dont va disposer Gaia avec la constitution d’un plan focal gigantesque composé de 106 détecteurs CCDs de neuf millions de pixels chacun. Suivant la tâche qui leur est assignée (mesures astrométriques, photométriques ou spectroscopiques), ces CCDs sont spécialisés par une adaptation de leur réponse spectrale et aussi par leur mode de lecture, grâce à une électronique vidéo multi-modes.

Pour concevoir et réaliser Gaia, les femmes et les hommes d’Astrium ont déployé toute leur expertise issue de grands programmes scientifiques de l’ESA tels que Hipparcos, le précurseur, ou Herschel.

Sur Herschel, les équipes d’Astrium avaient non seulement conçu, en utilisant déjà le carbure de Silicium, le miroir du télescope (avec 3,5 mètres de diamètre, il reste le plus grand et le plus puissant télescope en orbite), , mais également l’ensemble de la charge utile dont le plus gros cryostat jamais construit à ce jour (le cryostat est le ballon géant chargé d’hélium destiné à refroidir à -271°C, près du zéro absolu, les détecteurs des instruments scientifiques du satellite).

27-06-2013 Gaia to map the Milky Way in 3D     [Astrium press release]

– From Hipparchus to Edwin Hubble, for more than 2000 years astronomers have been trying to unlock the secrets of the universe. And now in 2013 Astrium employees are putting the finishing touches to the tool that will enable the quest for the astronomer’s Holy Grail to continue. Gaia, the most advanced space telescope ever built in Europe, will soon produce the most detailed map of our galaxy, the Milky Way, and reveal as yet unknown areas. Gaia’s mission has an even deeper purpose: to understand the origins and evolution of the Universe.

Where are we? Where do we come from? The first results in five years’ time…

Gaia will map one billion stars at the heart of our galaxy, observing them approximately 70 times over the five year duration of this mission, recording their velocities and positions, including their distance from Earth, as well as their brightness.

The Gaia mission should also lead to the discovery of hundreds of thousands of
unknown celestial objects, including extra-solar planets and failed stars, known as
brown dwarfs. Within our solar system, Gaia should also be able to identify tens of thousands of additional asteroids.

This mission will also contribute to the census of a wide range of celestial objects, of all sizes, from the hoards of minor celestial bodies in our solar system, up to the 500,000 quasars, along with nearby galaxies and approximately ten million more distant galaxies. Finally, Gaia will also carry out new, highly reliable tests on the theory of General Relativity.

Gaia will use the global astronomy concept successfully demonstrated by the Hipparcos spacecraft, which was also built by Astrium. Over the course of 1989, this predecessor to Gaia had already mapped out 120,000 stars.

The best location, the best technology

In order to measure the position and velocity of stars located several billion kilometres away, Gaia actually has two secrets of its own: its location and its stability.

A dream location

Gaia will be located at one of the five Lagrangian points of the Solar – Earth system, the L2 point. Lagrangian points are very specific points in the Cosmos where a body, such as a satellite, remains fixed and perfectly stable in space. Situated 1.5 million kilometres from Earth, these locations are coveted by space observation astronomy missions requiring high pointing stability.

The secret of Lagrangian points, also known as “libration points” is the cancellation of relative attractions. Specifically, at the five Lagrangian points, the gravity fields of two bodies, (with substantial mass, the Earth and the Sun, for example) one of which orbits around the another, combine to provide a equilibrium point for a third body of negligible mass. The relative positions of these three bodies are therefore fixed. Thus, located at the L2 point, Gaia will never move again relative to the Sun and the Earth, and will benefit from a stable thermal environment.

Space missions essentially use the L1 and L2 points. Since 1995, the SoHO probe (Solar and Heliospheric Observatory), a Solar observation station developed by Astrium, has been located at the L1 point, 1.5 million kilometres from the Earth, facing the Sun. The L2 point located 1.5 million kilometres from the Earth, opposite to the L1 point (L2 never sees the Sun), is particularly well suited to observing the cosmos. The Planck Surveyor and Herschel satellites have been located there since 2009, and will soon be joined by the James Webb Space Telescope and Gaia.

The best of European technology

Gaia will carry ultra-modern instruments, including the most sensitive telescope ever made. Like the space telescope on board Herschel, and all the instruments built by Astrium for Earth observation missions, this cutting edge equipment benefits from unique expertise developed by Astrium in the field of silicon carbide (SiC) telescopes.

Gaia will be capable of taking extremely highprecision measurements: from the moon, it would be able to measure the thumbnail of a person on Earth!

Silicon carbide (SiC) was chosen by Astrium’s engineers for Gaia because it is the only material which can guarantee the stability, durability and lightness of the probe. Silicon carbide is at the heart of a sector which is unique in the world, based in Toulouse (France). Astrium and its partner Boostec, the innovative SME, have managed to establish, through their various achievements built for space, a genuine economic sector which is now thriving. The SiC produced in the Midi-Pyrénées region is exported worldwide.

The cutting edge technology used on Gaia does not top at silicon carbide. For its attitude control the robe will use cold gas propulsion (nitrogen), which continuously adjusts pointing performance with the extreme accuracy required.

 Gaia will also use a “photographic” sensor, with unprecedented accuracy. Imagine the quality f your holiday photos if your camera had a one billion-pixel sensor! This is the technology nstalled on Gaia, with the creation of a gigantic focal point consisting of 106 CCD sensors of ine million pixels each. These CCDs are specialised, according to the task assigned to them astrometric, photometric and spectroscopic measurements), by adapting their spectral esponse and also their reading mode, thanks to electronic multi-mode video.

To design and build Gaia, Astrium’s employees have drawn on all of their expertise gained from ajor ESA scientific programmes such as Hipparcos, the precursor, as well as Herschel.

For Herschel, Astrium employees not only designed the silicon carbide mirror of the telescope at 3.5 meters in diameter, it remains the largest and most powerful telescope in orbit), but also he entire payload including the largest cryostat ever built (a cryostat is a giant container filled ith helium used for cooling the detectors of satellites’ scientific instruments to -271°C, close to bsolute zero).