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2020-07-10

Les choses passent à la vitesse supérieure dans notre laboratoire MAJIS. Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs de l’Institut Royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique travaille depuis un certain temps au développement d'une installation de caractérisation pour l'un des deux détecteurs d'un instrument spatial appelé MAJIS, qui sera à bord de la mission JUICE et sera lancé en direction du système de Jupiter en 2022. MAJIS est un instrument français sous responsabilité scientifique et technique de l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, Orsay) sous la supervision du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) et de l’agence spatiale italienne (ASI), avec des contributions belges de l’IASB et de l’ORB (Observatoire Royal de Belgique), soutenues par BELSPO et PRODEX Office (ESA). La contribution de l’IASB consiste à développer une unité d’étalonnage pour la caractérisation du détecteur du canal VIS et NIR (pour la lumière visible et proche infrarouge) de cet instrument. Récemment, le modèle de vol du détecteur a été intégré dans une chambre à vide thermique, et les équipes ont commencé la campagne de caractérisation du détecteur, qui durera jusqu'au début du mois de septembre.

La mission JUICE

Jupiter est un objet d'étude particulièrement intéressant, car c'est la plus grande géante gazeuse du système solaire, un type de planète que l’on trouve beaucoup en orbite autour d'autres étoiles que notre Soleil. Jupiter possède de nombreuses lunes, les quatre plus grandes ayant été découvertes il y a des siècles par Galilée : Io, Europe, Ganymède et Callisto. Les trois dernières sont des « lunes glacées », dont on pense qu'elles contiennent des océans sous leur surface et peut-être des signes de vie.

Il faudra environ huit ans de croisière au « JUpiter ICy moons Explorer » (JUICE) pour atteindre la géante gazeuse, et trois ans et demi pour étudier de près Jupiter, Europe, Ganymède et Callisto. Les données que JUICE nous renverra nous permettront de mieux comprendre comment les géantes gazeuses et leurs systèmes de lunes ont été créés, de quoi sont faites les lunes glacées et comment ces mondes potentiellement habitables se sont formés, non seulement dans notre système solaire, mais aussi dans d'autres systèmes stellaires.

Galilean Moons
Figure 2: Image satellite composite de (de gauche à droite) Io, Europe, Ganymède et Callisto. Crédit: NASA/JPL/DLR

L’instrument MAJIS

Le « Moons And Jupiter Imaging Spectrometer » (MAJIS) est un spectromètre imageur (extrayant des informations de la lumière entrante) hyper spectral (mesurant de nombreuses bandes étroites du spectre électromagnétique). Il est conçu pour observer l'atmosphère de Jupiter, les caractéristiques de ses nuages troposphériques, et pour étudier les glaces, les matières organiques et les minéraux à la surface des lunes glacées de Jupiter, ainsi que leurs exosphères. MAJIS possède deux canaux, VIS-NIR (visible et proche infrarouge) et IR (infrarouge), avec lesquels il couvrira les longueurs d'ondes visibles et infrarouges de 0, 5 à 5,54 microns, avec une résolution spectrale de 3,66 - 6,51 nm.

Qu'est-ce qu'une campagne de caractérisation et pourquoi est-elle nécessaire ?

Imaginez ceci : vous voulez étudier la planète Jupiter, mais, pour de nombreuses raisons évidentes, vous ne pouvez pas y aller vous-même. Vous vous dites qu'il vous faut une sonde spatiale qui puisse faire ce voyage pour vous et vous renvoyer toutes les informations que vous voulez connaître. Vous l'équipez de plusieurs instruments sensibles, comme un spectromètre, qui peut mesurer différentes caractéristiques de Jupiter - et même de ses lunes – en orbite autour de celles-ci. Cependant, une fois que vous recevez les informations de votre sonde spatiale, comment pouvez-vous être sûr qu'elles sont correctes ? Il n'y a pas d'autres sondes pour valider les données reçues. Quelque chose aurait pu se passer avec les instruments pendant le décollage, ou pendant le long et froid voyage dans l'espace, ou ils auraient pu être influencés par d'autres instruments à bord, par les radiations du Soleil, et bien d'autres choses encore.

C'est là que les tests et la caractérisation jouent un rôle crucial dans la réussite de votre mission d’exploration spatiale. Tous les équipements doivent être testés pour leur résistance aux chocs, aux vibrations, aux températures extrêmes, etc. afin de s'assurer qu'ils ne casseront pas. Mais vos instruments, et en particulier les détecteurs, doivent également être caractérisés radiométriquement, ce qui signifie que vous devez déterminer si les données que vos instruments renvoient correspondent à la réalité, ou s'il s'agit simplement de « bruit ». Vous devez également savoir comment ils se comportent dans certaines conditions extrêmes que vous trouverez dans l'espace.

Ajoutez à cela qu'un voyage vers Jupiter peut prendre jusqu'à 8 ans ! Imaginez que vous découvriez seulement à ce moment-là que quelque chose ne va pas avec vos instruments, et que vous deviez recommencer (même si vous avez le temps et l'argent). La caractérisation complète de vos instruments dans un environnement étroitement contrôlé est une étape indispensable, car une fois la sonde spatiale lancée, vous ne pourrez plus faire grand-chose pour résoudre les problèmes.

MAJIS labo
Figure 4: Les équipes de l'Institut français et de notre Institut travaillent ensemble au laboratoire pour lancer la campagne de caractérisation du détecteur MAJIS VIS-NIR.

Il n'y a pas de « taille unique »

Chaque instrument est différent, car il est spécifiquement conçu pour une mission. Pourtant, les conceptions connues des instruments précédents sont généralement reprises et améliorées, mais le résultat sera un équipement qui se comportera de manière très différente et qui a donc besoin de son propre processus de caractérisation. L'équipe de l’IASB a développé et validé ce processus et son banc d’étalonnage pour le détecteur MAJIS VIS-NIR, sous la supervision de l'institut français IAS, avec DR. F. Poulet et Dr. Y. Langevin, respectivement l’actuel et l’ancien principal investigator de ce projet.

Depuis la semaine dernière, deux équipes de l'IAS sont à l’Institut pour travailler avec nos équipes : d'une part, pour l'intégration du détecteur dans la chambre à vide, et d'autre part, pour superviser la campagne de caractérisation qui a été mise au point par l'équipe de l’IASB (maître d'œuvre des opérations du banc d’étalonnage VIS-NIR – responsable : Dr. D. Bolsée).

Les équipes de notre Institut et de l’Institut français poursuivent à présent la campagne, qui se déroulera en deux parties et durera jusqu'au début du mois de septembre 2020. La seconde partie consistera à répéter certaines mesures une fois que le détecteur sera équipé d'un filtre spécial, qui sera utilisé pendant la mission même.

Préparation du lancement de la mission

Dans quelques mois, le détecteur MAJIS VIS-NIR sera expédié en Italie, où il sera intégré à l'instrument spatial MAJIS. Il est prévu que MAJIS soit intégré sur la sonde spatiale JUICE en 2021, pour un lancement prévu en juin 2022.

 

Remerciements

Le développement et la validation du banc de caractérisation MAJIS VIS-NIR ont été réalisés en collaboration avec l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, Orsay), sous la supervision du Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) et grâce à un financement de BELSPO-PRODEX et de l'ESA, et avec le soutien de l'expertise de l'ESA et du CNES.

Pour plus d'infos

 

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Figure 1: Jupiter avec sa lune Europe et l'ombre de la lune Io.
Crédit: NASA/JPL-Caltech
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Figure 3: Le détecteur MAJIS VIS-NIR est en cours de préparation en vue de son intégration dans la chambre à vide pour sa caractérisation électro-optique complète dans un environnement thermique sous vide.
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Figure 5: Le détecteur MAJIS VIS-NIR lors de son intégration dans la chambre à vide pour la campagne de caractérisation.