L'imageur de Fresnel et le projet FDAI-UV

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1 L'imageur de Fresnel et le projet FDAI-UV Paul Deba Truswin Raksasataya Laurent Koechlin membres de l'equipe S I S U Collaborations : J.P.Rivet (OCA), R.Pello (GAHEC), M.Karovska (Center for Astrophysics),.I.Gomez de Castro (Univ.Compl.Matematicas Madrid), A.Vidal-Madjar (IAP), P.Etcheto (CNES), E.Hinglais (CNES), NUVA group... Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

2 Mission spatiale "Imageur de Fresnel" en UV Module "grille primaire" 3.6 à 4 m de diamètre, 700 zones Vol en formation Module récepteur Optique de champ : télescope de 60 cm de diamètre. Correction du chromatisme: Réseau concave de Fresnel, 5 cm de diamètre Instrumentation focale : Spectro-imageurs Détecteurs à comptage de photons Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

3 Principe optique Augustin Fresnel Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

4 Concept optique : formation d'mage Propagation dans le vide : la lumière ne rencontre aucun matériau entre la source et l'image, Pas de diffusion en UV, pas d'absorption spectrale. Image Transmission: g(x) "xor" g(y) Ouverture Échelle de luminosité non linéaire, pour montrer les aigrettes Très bas niveau de lunière dans les quadrans. Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

5 Validation au sol Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

6 Tests sur le ciel En parallèle sur le tube du grand équatorial (Nice) Action R&T CNES R-S08/SU Bande passante 650 à 900 nm Grille primaire 696 Zones 50 μm d'épaisseur 20 cm de côté Module récepteur Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP Photo 19 D.Serre octobre /18

7 Tests sur le ciel résolution 0.8" Imageur de Fresnel juillet 2009 et janvier à mars 2010 champ 800" λ0 = 800 nm Δλ = 100 nm Journées scientifiques IRAP 19 octobre 2010 Photo 7/18 D.Serre

8 Test sur la lune avec la grille de Fresnel 20 cm composite de 2 images 44 km Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18 8

9 Saturne Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

10 Tests sur le ciel avec la grille de 20 cm Imagerie Haute dynamique Janvier - Février 2010 M 42 et le trapèze θ Orion séparation 4.3" Sirius AB Separation 6" Magnitudes -1.5 / nm Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

11 Tests sur le ciel avec la grille de 20 cm Phobos & Deimos, les satellites de Mars. Contraste Feb 13, :08 Feb 13, :19 Images des Satellites de Mars, bande spectrale nm avec une ouverture de 20 cm (jamais fait avant, à notre connaissance) Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

12 Mission spatiale UV Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

13 Spécifications de vol : ouverture 4 m, bandes et nm Surface collectrice équivalente : 2400 cm 2, soit 50 fois FUSE ni miroir, ni lentille dans l'optique primaire : Propagation dans le vide, pas de diffusion. Grande qualité de front d'onde => imagerie à haute dynamique (<10-5 ) tolérance aux déformations : 50 µm donne un front d'onde à λ/25 Tolérances pour vol en formation : 1 m en longitudinal, 0.2 mm en transverse Pour 4m d ouverture résolution angulaire 7 à 14 mas environ 10 fois celle du HST en UV (120 à 250 nm) champ 7 à 14 " Dynamique < 10-5 Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

14 Etudes faites Etude de phase zéro CNES : pour 4m, 10m, 30m - compétitif en UV dès 4m d'ouverture : Haute résolution, haute dynamique Configuration - Grille primaire 3.6m à 4m - deux canaux UV centrés sur 125 & 225 nm - 2 instruments : Imagerie 4000* spectro-imagerie 10*20*2000 Etude financière indépendante : coût total < 470 M lancement compris Etude R&T ESA en cours Télescopes à membrane diffractifs : contrat pris en charge par le Centre Spatial de Liège Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

15 "Science cases" groupe 1 : Système solaire - Petits objets et grandes planètes résolution à I UA : 5 km résolution sur Jupiter : 25 km De nombreuses cibles potentielles Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

16 "Science cases" groupe 2 : disques protoplanétaires Environnements stellaires, disques protoplanétaires (formation des systèmes planétaires et exoplanètes) Plusieurs autres cibles proches : TW Hya (56 pc) Taurus, Lupus, Ophiucus (140 pc) Simulation numérique Disque alpha d'accrétion vu à 500 pc, i=80 Convolution par PSF Imageur de Fresnel et groupe NUVA Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

17 "Science cases" groupe 3 : galactique et cosmologie Etude fine du premier maillon (Z<2) permettant de comprendre la physique des objets lointains. - Nuages moléculaires dans notre galaxie - nébuleuses par réflexion - Objets compacts, AGN Images HST multibandes UV par H. ATEK, D.Kunth et al. Pris sur L'iumageur de Fresnel permettrait de voir ces champs à très haute dynamique, Et d'explorer l'environnement proche des objets compacts Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

18 Mission proposée à ESA CV 2010 Voir les programmes astrophysiques dans trois principaux domaines astrophysiques Sur : Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

19 Bonus slides Film rotation Mars Film satellites Saturne Film satellites Mars Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18

20 Etat de préparation 09/ Démarrage 2005, validation sol 2008, validation ciel thèses sur le sujet dont une en cours et une soutenue, cofinancées CNRS-Thales Alenia Space - Etude de phase 0 faite par le CNES en Etude par l'esa lancée en 2010 sur les télescopes diffractifs à membrane. - Financement RTRA-STAE pour validation UV (TRL 4). - Demande de financement R&T CNES pour 2011 (validation UV). - Post-doc et thèse pour 2011 : nouvelles recherches de financement. - Groupes de travail sur les thèmes astrophysiques et l'instrumentation : IRAP - IAP - OCA - CfA Cambridge - UMC Madrid - CSL Liège. - Mission proposée à ESA CV 2010 Imageur de Fresnel Journées scientifiques IRAP 19 octobre /18