Mise à jour le 17 Juin 2011
VISITE DU CENTRE SPATIAL DE LIÈGE (CSL)
À LIÈGE (Belgique)
Le 10 Juin 2011

Photos : JPM et DB pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
Suite à l’invitation du Professeur Pierre ROCHUS (voir photo), Directeur de l’instrumentation spatiale au CSL, nous nous sommes rendus dans cette bonne ville de Liège afin de visiter ce centre.
 
Pierre Rochus est aussi Professeur à l'Université de Liège IES/LTAS.
 
Le site du CSL est magique, dans un immense parc (le Science Park) où se trouve un superbe campus avec de nombreuses industries, dont un grand nombre tournées vers le spatial.
 
Le CSL est le centre de recherche spatial de l’Université de Liège.
Il emploie 85 personnes , la plupart étant des ingénieurs ou physiciens.
 
 
 
Depuis près de 50 ans, l’Université de Liège s’est spécialisée dans les instruments spatiaux et les test de qualification (vide et froid) correspondants.
C’est un des quatre centres agréés par l’ESA pour tester et certifier ses satellites, il est aussi agréé par la NASA.
 
Le CSL a participé activement aux principales missions spatiales de ces dernières années comme :
·        Planck (Tests environnementaux)
·        Herschel (PACS)
·        JWST (optique d’entrée de MIRI)
·        PROBA-2 (Instruments UV)
·        SOHO (EIT)
·        XMM Newton (OM)
·        Integral (OMC)
·        Corot (Baffle)
·        STEREO (HI)
·        Etc…
 
Les principales activités du CSL sont :
·        L’instrumentation spatiale.
·        Les tests environnementaux (cryogénique et vide).
·        La métrologie optique et autres activités.
 
Nous avons eu aussi le plaisir de visiter la Société voisine AMOS spécialisée dans les miroirs et dont nous publions quelques informations plus bas.
 
 
Nous avons été aussi particulièrement bien reçus et pilotés par Nicolas Grevesse, astrophysicien au CSL que l’on voit sur cette photo.
 
 
Il est à côté du télescope photométrique UV mis au point pour le satellite européen TD-1 lancé par les Américains en 1972.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L’INSTRUMENTATION SPATIALE.
 
De nombreux instruments à bord de satellites ont vu le jour ou ont été développés en partie ou en totalité au CSL.
Les plus connus notamment :
·        l’EIT à bord de SOHO
·        le HI à bord de STEREO
·        le MIRI du JWST
·        LYRA et SWAP à bord de Proba-2
 
 
 
 
EXTREME UV IMAGING TÉLESCOPE (EIT) À BORD DE SOHO.
 
 
Le télescope EIT, étudié en partenariat avec l’IAS (Orsay), a été conçu, intégré et testé au CSL ; il est destiné à observer la couronne solaire dans le domaine de l'extrême ultraviolet (EUV).
Il a été installé sur le satellite SOHO, lancé en décembre 1995.
 
La détection des UV est problématique, en effet la plupart des matériaux les absorbent à ces longueurs d’onde.
 
Photo : optique d’entrée à droite, CCD à l’extrême gauche.
 
 
 
Des méthodes de revêtements multicouches ont été mises au point pour arriver à ces fins. 4 canaux de détection sont disponibles.
La détection finale étant faite par CCD refroidi.
Le télescope en lui-même est du type Richtey-Chrétien.
 
Ce télescope fonctionne parfaitement depuis plus de 15 ans dans l’espace, on le fait fonctionner maintenant en mode réduit de deux vues de la couronne par jour.
Voici comme exemple les 4 canaux de l’EIT pris le 14 Juin 2011.
 
 
Les différents canaux de EIT en UV : 171 ; 195 ; 284 et 304 Angstrœm.
 
 
 
 
L’instrument EIT a ainsi pu étudier le Soleil sur un cycle complet et nous faire parvenir un grand nombre d’informations à ce sujet.
 
 
Ici un cycle solaire complet vu avec le filtre de 284 A.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L’EIT au CSL.
 
Analyse des performances instrumentales du télescope spatial EIT par Jean Marc Defise du CSL, doc pdf.
 
SOHO EIT ready for semi retirement.
 
 
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L’INSTRUMENT HELIOSPHERIC IMAGER (HI) DE STEREO.
 
Cet instrument fait partie du SECCHI (acronyme de Sun-Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation), l’instrument le plus important de la mission Stereo . il a été développé en collaboration avec le NRL (Naval Research Lab) américain.
 
Rappelons cette mission: deux satellites de part et d’autre de la Terre sur son orbite ; l’un est placé "en avant" de la Terre (A) et l'autre "en arrière" (B) permettant ainsi des vues stéréoscopiques du Soleil.
Ils doivent produire les cartes 3D des éjections violentes de matières coronales du Soleil (CME). Ce sont ces particules très énergétiques qui se détachent de la couronne et qui après quelques jours viennent frapper la Terre
STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory) a été lancé le 25 Octobre 2006 et est toujours opérationnel.
 
 
Ces informations devraient être plus précises que celles de SOHO, grâce à la Stéréo, en effet SOHO avait du mal a déterminer la direction des CME car il les voyait avec un seul oeil, STEREO avec sa vue de côté, apporte une amélioration et mesure ainsi leurs vitesse, direction, et volume de matière.
 
On a pu ainsi voir récemment le Soleil à 360°.
 
Le CSL a participé activement à la conception et à la réalisation de la partie HI (Imageur Héliosphérique) de cet instrument.
 
 
Vue de l’instrument HI avec ses baffles d’entrée (ou masques occulteurs). (cliché CSL)
Les deux caméras de HI avec leurs champs de vision CSL
(dessin CSL.)
 
Le but du HI, comme de tout l’instrument SECCHI, est de procéder à l’observation des CME (éjections de matières coronales) et des autres structures quand elles passent de la couronne à l’héliosphère solaire.
L’ensemble HI consiste en deux petites caméras grand angle (HI-1 et 2) montées sur le côté de chaque sonde STEREO, il n’y a aucun élément mobile à part le volet de protection.
Les deux angles directeurs sont de 13° et 53°, les deux champs de vision sont très grands: 20° et 70°.
Cela donne les meilleurs angles de vision pour étudier les CME.
 
 
Voici en grand champ ce que voient les imageurs héliosphériques HI de STEREO le 18 Février 2007.
 
On y voit quelques planètes, la comète McNaught , M31, la voie lactée et notre planète et sa Lune.
 
Bien entendu le Soleil est masqué par le coronographe au centre de l’image.
 
 
L'image est composée de HI-1 (le plus petit champ) le plus près du Soleil, et la plus grande partie de l'image provient de HI-2.
 
 
 
 
 
 
Le plus délicat a été de concevoir le baffle d’entrée qui doit rejeter toute lumière parasite (stray light en anglais).
La partie avant (en couteau) est faite pour rejeter l’intensité du disque solaire ; le baffle extérieur doit éliminer toute lumière de la sonde elle même; quant au baffle interne, il se charge de limiter la lumière de la Terre, des planètes et des étoiles grâce à ses nombreuses couches.
 
Les détecteurs sont des CCD de 2048x2048 pixels.
 
 
 
Galerie d’images http://stereo.gsfc.nasa.gov/gallery/selects.shtml
 
Site de SECCHI au NRL.
 
HI straylight performances Design, pre-flight test data and in flight results par JP Halain du CSL.
 
Design of the HI for the Stereo mission par JM Defise du CSL.
 
http://stereo.gsfc.nasa.gov/instruments/instruments.shtml
 
HI optical design par le CSL
 
HI Instrument – Design and Testing par l’Université de Birmingham.
 
Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI). À lire.
 
The Heliospheric Imagers Onboard the STEREO Mission par Defise, Rochus et al. superbe, tout est expliqué, à lire absolument.
 
STEREO et le CSL.
 
Le Soleil en STEREO par l’Université de Liège.
 
Straylight tests for the HI of STEREO. Par Defise et Rochus.
 
Les images de SECCHI.
 
 
 
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L’INSTRUMENT MIRI (MEDIUM INFRA RED INSTRUMENT) DU FUTUR TÉLESCOPE SPATIAL JWST.
 
 
Le CSL a terminé et livré l’optique d’entrée (l'IOC Input Optics & Calibration Unit) d’un des trois principaux instruments du futur remplaçant de Hubble, le JWST, c’est le MIRI, chargé de l’imagerie et la spectroscopie IR.
 
Cet ensemble est destiné à collecter et à distribuer la lumière à l’instrument MIRI.
 
Photo : © CSL.
 
MIRI, situé au foyer du télescope, fonctionne sous très basse température, 7K.
Ses trois caméras sont actives dans l’IR moyen (contrairement à Hubble).
 
Les miroirs de l’optique d’entrée, sont fournis par une autre société du Campus de Liège, la Société AMOS, que nous visiterons plus tard. Ces miroirs ont été revêtus par des revêtements spécifiques par le CSL.
 
 
 
 
Le site de l’instrument MIRI en Arizona.
 
De l'optique liégeoise dans le futur télescope spatial JWST article du journal l’Avenir.
 
 
 
 
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LYRA (LYMAN ALPHA RADIOMETER) ET SWAP (SUN WATCHER USING  ACTIVE PIXEL SYSTEM DETECTOR AND IMAGE  PROCESSING) DU SATELLITE PROBA-2.
 
Le micro satellite Belge, PROBA-2 (acronyme de PRoject for On-Board Autonomy), est en fait un démonstrateur technologique, il a été lancé en tant que compagnon du satellite SMOS de l’ESA le 2 Novembre 2009 de Russie par une fusée Roskot sur une orbite héliosynchrone à 725km, c'est à dire que sa période de révolution coïncide avec la période de rotation du Soleil, en d'autres termes que le satellite au bout d'une révolution voit un point de la Terre au même temps solaire moyen (en anglais : SSO Sun Synchron Orbit).
 
 
 
Embarqué en tant que satellite auxiliaire, Proba-2 est le successeur du remarquable Proba-1 lancé en 2001.
Il réalisera la démonstration de 17 technologies satellitaires de pointe (comme des détecteurs miniaturisés destinés aux futures sondes spatiales de l'ESA et une caméra CCD grand angle d'environ 120 ° très sophistiquée), tout en emportant quatre instruments scientifiques destinés à observer le Soleil et à étudier l'environnement plasmique en orbite.
 
 
Le CSL a conçu et développé en tant que leader, l’instrument LYRA et le télescope SWAP de ce satellite, qui effectuent des observations du Soleil dans l’UV.
 
Photo : Caméra SWAP et images du Soleil en direct.
 
Le télescope SWAP, est en fait un modèle réduit de l’EIT (étudié plus haut) monté à bord de SOHO ; il prend de nombreux clichés de la couronne solaire.
 
 
Les instruments à bord sont de technologies nouvelles et devront être qualifiés à la fin de la mission.
 
 
 
 
 
 
 
On voit sur cette image composite, en haut le spectre du Soleil relevé par LYRA le 7 Juin 2010, en bas, les images du télescope SWAP le même jour.
 
 
 
 
Photo : ESA.
 
Voir absolument le film correspondant dans cet article ESA.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tous les détails techniques sur Proba-2.
 
Proba-2 satellite autonome sur orbite, article de l’Université de Liège.
 
Le site de Proba-2 à l’ESA.
 
Dossier de presse SWAP – LYRA –ESP par le CSL
 
Quelques photos de Proba-2 en test au CSL.
 
Transit lunaire de Janvier 2011 vu par Proba-2.
 
 
 
 
 
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LES TESTS ENVIRONEMENTAUX.
 
 
Le CSL est surtout connu pour ses enceintes simulateurs d’ambiance spatiale baptisées toutes du sigle FOCAL, acronyme de Facility of Optical Calibration at Liège.
Ces enceintes doivent reproduire les conditions spatiales réelles et tester ainsi les satellites avant leur envoi dans l’espace.
 
Ce centre fait partie des 4 centres officiels retenus par l’ESA (dont l’un, l’ESTEC que nous avons déjà visité).
 
Les tests qui peuvent être effectués sur ce site sont :
·        Vide spatial (primaire et secondaire)
·        Environnement thermique spatial (froid et chaud)
·        Vibrations
 
 
Les salles blanches sont de classe 10.000 ce qui signifie qu’elles ne contiennent pas plus de 10.000 particules par pied cube ; soit en moyenne 500 fois plus propre qu’une maison propre. (combinaisons protections de chaussures et charlottes nécessaires).
L’air est épuré continuellement par de nombreux filtres, et recyclé plusieurs fois par heure.
Mais il existe des parties qui sont encore 100 fois plus propres pour certaines expériences, d’autres habits et combinaisons sont alors nécessaires.
La température est constante et réglée à 21°C avec une précision de 0,2°C, de même l’humidité y est toujours de 55%.
 
Toutes les enceintes sont isolés du sol et reposent sur des amortisseurs sismiques.
Les tests thermiques peuvent passer de +120°C à –270°C, c’est à dire à quelques degrés du zéro absolu. (Hélium).
 
Les enceintes de test vont jusqu’à 6,5m de diamètre, en voici quelques unes.
 
 
Les différentes cuves de tests par le CSL.
 
 
 
ENCEINTE FOCAL 6.5, QUI A TESTÉ HERSCHEL.
 
 
C’est cette immense cuve, la plus grosse du centre qui a procédé aux tests environnementaux d’Herschel (en plus de ceux effectués à l’ESTEC) sur son grand miroir de 3,5m.
De plus il a été soumis à des tests de vibrations cryogéniques avec ses trois instruments SPIRE, PACS et HIFI.
 
Cette cuve est en inox de 15mm d’épaisseur fabriquée dans la région de Liège.
 
Cette enceinte a permis de tester aussi les panneaux solaires (3m) de nombreux satellites de télécommunication ASTRA
 
 
 
 
Le chargement de cette cuve s’effectue verticalement.
 
Les tests de Herschel au CSL.
 
 
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ENCEINTE FOCAL 5 QUI A TESTÉ PLANCK.
 
 
Cette cuve de 60m3, mise au point pour tester les satellites Hipparcos  et ISO notamment, est très connue pour avoir effectué une longue série de tests environnementaux (2 mois dans la cuve sous vide et sous conditions cryogéniques) sur le satellite micro onde Planck de l’ESA. Planck est resté en tout 1 an au CSL.
Le chargement s’effectue horizontalement sur le côté comme on le voit sur cette photo.
 
Planck sur le point d’être introduit à l’intérieur de la cuve de 5m, cuve située à droite,
l’ensemble situé à gauche est la tente thermique Planck pour les essais thermiques simulant un corps noir. (photo © CSL)
 
 
 
 
Vue de l’intérieur de la cuve de 5m.
 
On remarque la plateforme permettant l’introduction des charges utiles dans la chambre.
Certains points importants de Planck devaient être refroidis à 0,1K , c’est à dire presque au zéro absolu . cela fut possible grâce à l’emploi d’Hélium liquide et de système cryogéniques spécifiques.
L’ensemble du satellite est refroidi à –220°C dans la cuve.
Le temps mis pour descendre à cette température a été de l’ordre d’une semaine afin de refléter approximativement la réalité, temps pour aller de la Terre en L2.
 
 
 
 
Le CSL a aussi effectué les mesures de performances des miroirs de Planck en phase cryogénique.
 
D’autres photos de Planck en train de rentrer dans la cuve d’essai.
 
Rappelons que Planck et Herschel ont été lancés avec succès en Mai 2009 par une fusée Ariane 5 et qu’ils effectuent parfaitement leur mission à ce jour.
 
 
Le satellite Planck au CSL pour la phase finale de vérification, article de l’Université de Liège.
 
Satellite Planck : du CSL au CSG, article de l’ESA avec photos pendant les tests.
 
Planck est à Liège  avec vidéo de son arrivée au CSL.
 
Herschel/Planck Environmental Tests in the CSL Facilities, document pdf sur les tests., tous les détails.
 
 
 
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XMM-NEWTON ET L’INSTRUMENT OM (OPTICAL MONITOR).
 
Le Moniteur Optique (OM) du télescope spatial en X de l’ESA, est un télescope de type Ritchey-Chrétien de 300 mm de diamètre qui permet les mesures dans les domaines visible et ultraviolet (de 150 nm à 550 nm).
L’instrument, comme c’est souvent le cas dans le spatial, a été construit par un consortium dans lequel le CSL était partenaire.
Par contre le CSL a effectué les tests de qualification spatiale et de calibration optique dans ses locaux.
Ce télescope a été testé dans une cuve très grande (FOCAL X) qui n’existe plus maintenant.
 
 
Les miroirs pour détecter des rayons X sont profondément différents des miroirs optiques, en effet les X pénètrent tous matériaux. L’astuce consiste à faire réfléchir légèrement les faisceaux X, d’où la structure mutli-cylindrique.
 
CSL a aussi testé les miroirs du télescopes XMM (58 coquilles très minces en Nickel revêtus d’or ; sur la photo on n’en voit que 2 mais ils sont à l’échelle) en X et en UV dans une cuve à vide et à très basse température.
 
Chaque miroir est un cylindre de 60cm de longueur et de 1mm d’épaisseur de diamètre maximum 700mm. Ces cylindres sont montés les uns dans les autres comme une matriochka (poupée russe).
 
 
 
 
 
 
 
XMM test at CSL par l’ESA en 1998.
 
L'installation verticale de test des miroirs du satellite européen XMM par AMOS.
 
XMM-Newton hardware images - mirrors
 
XMM’s X-Ray Telescopes par l’ESA.
 
FOCAL-X: EUV and X-RAY test facilty for XMM par le CSL.
 
Le site de XMM-Newton à l’ESA .
 
La participation liégeoise au Moniteur Optique à bord de XMM-Newton
 
 
 
 
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LA MÉTROLOGIE OPTIQUE ET AUTRES ACTIVITÉS.
 
Le CSL consacre aussi beaucoup d’efforts aux études dans le domaine optique, comme la mise au point de bancs optiques de tout genre, le revêtement de miroirs, concentrateurs pour panneaux solaires de nouvelle génération, élaboration de nanostructures.
 
Le revêtement de couches minces s’effectue avec des techniques à base de plasma notamment, le substrat étant nettoyé préalablement par ablation Laser.
 
Toutes ces méthodes servent à la qualification de matériel spatial.
Je sais qu’ils travaillent sur la mission GAIA, le successeur d’Hipparcos, pour mettre au point des techniques de revêtement.
 
 
Nous n’avons pas eu le temps de discuter de cet aspect lors de notre visite.
 
 
 
Présentation de ces techniques dans un ppt du CSL.
 
 
 
 
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POUR ALLER PLUS LOIN SUR LE CSL.
 
 
CSL annual report : http://www.csl.ulg.ac.be/uploads/files/Biennial%20Activity%20Report%202008%202009.pdf
 
L’aventure spatiale liégeoise par l’Ulg.
 
A Belgian Space Odyssey par JM Defise CSL.
 
Nouveaux Horizons pour le CSL, article par Théo Pirard.
 
Le CSL par Yael Nazé.
 
 
 
 
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LA SOCIÉTÉ AMOS (ADVANCED MECHANICAL AND OPTICAL SYSTEMS).
 
 
La société AMOS (Advanced Mechanical and Optical Systems) est voisine du CSL sur le campus, nous avons eu la chance de pouvoir la visiter aussi.
Voici un bref compte rendu.
 
Cette jeune société est spécialisée dans la conception et réalisation de systèmes optiques (télescopes, miroirs, ..) de grande précision.
 
C’est elle qui fournit les quatre petits télescopes interférométriques de 1,8m du VLT. Voici sa fiche technique.
 
Elle construit en ce moment les télescopes indiens de 3,6m du projet Devasthal (dans l’Himalaya à plus de 2400m), qui va devenir le plus grand d’Asie. Monture : alt-azimuth.
 
 
AMOS construit aussi le télescope MROi (Magdalena Ridge Observatory interferometer) qui doit être installé au Nouveau Mexique.
 
C’est un interféromètre de haute sensibilité.
 
Le télescope Devasthal.
Le télescope MROi
 
 
 
Mais AMOS est aussi spécialisée dans la fabrication et le polissage des miroirs.
 
Elle fournit par exemple les 3 miroirs en carbure de Silicium de GAIA, futur remplaçant d’Hipparcos de l’ESA.
 
Amos se charge aussi du polissage des miroirs de Sentinel-2 futur satellite de l’ESA qui devrait être lancé en 2013.
 
Polissage d’un grand miroir (2,5m) à la poix et avec liquide abrasif.
Polissage par automate du miroir de
Sentinel-2 en Carbure de Silicium.
 
 
 
 
Doc sur AMOS.
 
Amos dans la cour des grands, article de Théo Pirard.
 
Auxiliary Telescopes at Dome C par Amos.
 
The VLTI and its subsystems par l’ESO.
 
Telescopes in India.
 
A modern new technology optical telescope as a major national initiative in astrophysics par Ram Sagar Director, Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences (ARIES)
 
Le site du Magdalena Ridge Observatory
 
Sentinel 2 polishing
 
Polishing and figuring of the GAIA M2, M4 and M5 mirrors par AMOS.
 
 
 
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Merci à tous nos sympathiques amis Belges qui nous ont piloté pendant ces visites et en particulier à Pierre Rochus que l’on voit sur la photo en train de me présenter à ses collègues lors d’une conférence qu’il m’avait demandé de donner.
 
Voir aussi le CR de visite de l’Euro Space Center.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin 
www.planetastronomy.com
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