Gaia : réglages en cours

Depuis son arrivée sur son orbite définitive au point de Lagrange 2, Gaia est en phase de recette en vol. Les équipes du fabricant Astrium [Airbus Defence and Space depuis le 1er janvier 2014], de l’ESA, de l’ESOC (centre de contrôle des satellites de l’ESA à Darmstadt) et des scientifiques de la DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) travaillent conjointement afin de réussir cette phase nécessaire avant le début opérationnel de la mission Gaia.

Gaia nécessite tout d’abord un environnement thermique très stable pour faire ses observations. Les spécialistes ont donc tout d’abord réglé le réchauffage des éléments nécessitant un chauffage pour un fonctionnement nominal comme les équipements électroniques. Mais il a fallut également s’assurer que le Plan Focal quant à lui soit vers -130°C.

Puis, la calibration des télescopes et de toute la chaîne de détection a commencé. Il faut à la fois réaligner les télescopes qui auraient pu être notamment être désalignés lors du lancement (de quelques millièmes de degrés) et vérifier tous les chemins des chaînes électroniques d’acquisition des images. Il est important de connaître et régler précisément l’angle de base (basic angle) entre les 2 télescopes afin d’avoir des informations précises sur la distance des étoiles [voir page dédiée Gaia sur le principe de mesures].

L’image ci-dessous de l’amas globulaire NGC 1818 a été créée à des fins d’essais et montre que les deux télescopes sont déjà pratiquement alignés de manière optimale ainsi que les détecteurs CCD et l’électronique associée (l’image couvre une superficie de moins de 1% de la totalité du champ de vue Gaia) :

Le système de contrôle d’attitude du satellite est extrêmement complexe et prend en compte à la fois le système de micropropulsion, mais également la chaîne de détection des étoiles. Pour faire simple, il faut trouver en phase de recette le bon réglage entre la vitesse de rotation du satellite [le spin], devant être à 0.016656 degrés par seconde (ou un tour complet toutes les 6 heures et 14,23 secondes), et la bonne vitesse d’acquisition des étoiles.

Les deux images test de la nébuleuse du Chat, pris les 23 et 25 Janvier 2014, montrent l’effet de la vitesse de rotation sur la qualité de l’image. En raison de la vitesse de rotation non optimisée, l’image de gauche est très floue. L’image de droite est beaucoup plus nette avec la vitesse de rotation étant plus proche de la vitesse de lecture des capteurs CCD. Seule la netteté dans la direction du balayage (verticale dans ces images) est améliorée en changeant la vitesse de rotation. La netteté de l’autre côté dans la direction de balayage dépend de la focalisation des télescopes qui était constant entre ces expositions.

Tous ces réglages vont prendre encore quelques mois, jusqu’à fin mai probablement.

Toutefois, comme pour toutes les missions complexes, des aléas sont rencontrés :

• Un problème de contamination a été détectée sur l’un des miroirs qui a réduit environ de moitié le débit du télescope en l’espace de 3 semaines. La source de contamination doit encore être déterminée, mais le nettoyage du miroir a été effectué en le chauffant [dans l’espace lorsqu’on chauffe un endroit contaminé, la contamination va se déposer sur un endroit beaucoup plus froid].
• Un excès de lumière diffuse, ou lumière parasite, a été détecté sur certains des détecteurs du plan focal. Cette lumière de fond indésirable change périodiquement avec la période de rotation de Gaia de 6 heures. Le principal suspect est la lumière de notre Soleil. La conception de Gaia a prévu un pare-soleil d’un diamètre de 10 m qui devrait veiller à ce que les deux ouvertures du télescope et la tente thermique protectrice des instruments Gaia soient complètement dans l’ombre au soleil. L’hypothèse actuelle est que, à certains moments pendant la rotation, un peu de soleil est diffracté par le bord du pare-soleil, et du coup, une très petite fraction de cette lumière entre dans la tente de protection thermique du satellite et réussit à trouver son chemin vers le plan focal. Si laissé tel quel, cette lumière parasite pourrait affecter la capacité de Gaia de mesurer des étoiles de faible intensité dans certains modes de fonctionnement. L’analyse très complexe de la situation est toujours en cours. Cependant, une solution a été élaborée par Astrium et l’ESA pour tenter de résoudre le problème : l’inclinaison du pare-soleil de Gaia actuellement incliné à un angle de 45 degrés par rapport au soleil, va être modifiée en réduisant cet angle à 42 degrés. Ainsi, il devrait être plus difficile pour la lumière du soleil diffractée d’atteindre le plan focal, éliminant, espérons-le ainsi la lumière parasite. Cette manœuvre est prévue pour le début de la semaine prochaine.

N’oublions pas que Gaia est à ce jour l’un des objets les plus complexes ayant été envoyé dans l’espace. Malgré de nombreuses études et essais réalisés sur Terre, l’espace est un environnement hostile qui réserve des surprises. Gaia n’a pas pu être testé totalement dans sa configuration actuelle et donc, les experts sont en train d’apprendre et de régler finement Gaia.

Avec les premiers bons résultats obtenus, Timo Prusti, le responsable scientifique de la mission Gaia de l’ESA, a déclaré le 13 février lors d’une présentation à l’équipe Gaia d’Astrium Toulouse : « Nous avons une mission Gaia ! « .

Image de la galaxie spirale Messier 94 prise par Gaia dans son mode de balayage nominal. Deux capteurs CCD adjacents, séparés physiquement par quelques millimètres dans le plan focal (ce qui explique la barre noire au milieu), ont été lus pour obtenir cette image :

Cette image sera peut être la dernière image fournie par Gaia. Une fois que Gaia commencera à faire sa mission opérationnelle, d’énormes quantités de données seront générées, mais pas de « jolies » images. Dans la plupart des cas, Gaia fonctionnera avec des fenêtres de balayage autour des étoiles, qui fourniront des données précieuses sur la position et le mouvement des étoiles, mais aucune image de tout le ciel.

Article écrit à partir des informations disponibles dans les articles suivants :

• one-month-at-l2
• images test sur cosmos.esa.int
• le blog d’Holger de la DPAC
• sur spaceflight101.com