Les coulisses d'Herschel

Herschel est une des pierres angulaires du programme de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) appelé Horizon 2000. C’est un assez vieux programme qui avait été élaboré dans les années 1980 et définit les activités de l’Agence pour la période 1985-2005. Herschel s'est envolé le 14 mai 2009 à bord d'Ariane 5.

Comment définit-on un observatoire spatial ?

L’agence spatiale européenne fonctionne sur la base de grands cycles de missions (comprenant chacun de l’ordre d’une vingtaine de satellites de taille différente). Ces cycles sont élaborés lors de réunions de prospective organisées avec l’ensemble de la communauté astronomique européenne, accompagnées d’appel à propositions et de sélections. Nous sommes actuellement en pleine élaboration du cycle dit "Cosmic Vision 2015-2025", et vivons la fin du programme Horizon 2000.

Dans ce programme, Herschel s’appelait FIRST pour "Far Infrared and Submillimeter Telescope". À l’origine, FIRST est surtout un satellite dédié à la spectroscopie. Il était doté d’un très grand miroir de l’ordre de 10 mètres de diamètre. À l’origine aussi les instruments d’Herschel ne devaient pas êtres refroidis par un cryostat mais par des machines cryogéniques. De cette première mission, il ne reste pas grand chose aujourd’hui. La plupart des astronomes à l’origine de la proposition ont depuis pris leur retraite, le paysage de l’astronomie infrarouge a été révolutionné par les missions ISO et Spitzer, et FIRST s’est transformé en Herschel, en l'honneur de Sir William Herschel pour sa découverte du rayonnement infrarouge. Au cours de cette transformation, le principe de réalité a imposé une réduction du diamètre du télescope, une réutilisation du cryostat d’ISO, et, on le verra, un certain décalage temporel. Aujourd’hui, c’est un télescope de 3,5 m de diamètre qui a décollé de Kourou le 14 mai 2009 après une phase de construction mouvementée.

Le télescope spatial Herschel et son miroir de 3,5 m. Le miroir collecte la lumière, qui est ensuite réfléchie par sa surface aluminisée sur un second miroir. Ce second miroir est maintenu par 4 pieds ; il renvoie la lumière dans l’ouverture circulaire au centre du grand miroir. La lumière termine son voyage sur les détecteurs.
Crédits : ESA

Herschel, des hangars à la première image en orbite

Alors que dans les premières versions du programme Horizon 2000 Herschel devait être lancé en 2006, le satellite était toujours dans un hangar du centre d’intégration de l’ESA, à Noordwijk aux Pays-Bas en 2008. Que s’est-il passé ? En fait rien d’autre que le processus classique de réalisation des expériences spatiales. Malgré toute la bonne volonté des participants, il est impossible de lancer une expérience spatiale à la date prévue au moment de sa conception. Un satellite n’est pas un instrument comme les autres. À une exception près (le télescope spatial Hubble), il est impossible d’intervenir sur un satellite en vol. La plupart sont hors d’atteinte de nos vaisseaux type navette spatiale et les coûts sont de toute façon prohibitifs. Cela implique donc que ces satellites fonctionnent sans panne pendant la durée de vie demandée par les objectifs scientifiques. Et cela implique que la réalisation de telles machines soit entrecoupée de phases de tests et de validation à chacune des étapes majeures du développement. Et lorsque ces tests révèlent des problèmes il faut bien souvent reprendre le processus de développement assez loin en amont du problème. Ainsi il est pratiquement impossible de ne pas accumuler des mois, voire des années de retard sur un calendrier prévisionnel habituellement construit avec un volume déraisonnablement faible de marges. Malgré ce retard important, Herschel a décollé et est maintenant opérationnel à 1,5 millions de kilomètres de la Terre. Une première « image » a été réalisée. Elle s’inscrit dans la série de performances réalisées depuis le lancement d’Herschel par Ariane 5, le 14 mai 2009 à 15h12 (heures de Paris). Le 22 mai, les instruments à bord du satellite ont été mis sous tension. Le 9 juin, la température de fonctionnement des bolomètres a été atteinte grâce à un réfrigérateur cryogénique conçu au CEA. Le 14 juin, l’ouverture de la fenêtre du cryostat par laquelle entre la lumière collectée par le miroir d’Herschel, a été commandée à une distance de plus d’un million de kilomètres. Les premiers photons ont pu ainsi tomber sur les détecteurs PACS d'Herschel.

Les craintes sur HIFI, un mauvais souvenir

Alors que PACS et SPIRE, deux des trois instruments de Herschel donnaient entière satisfaction, HIFI fut touché par un rayon cosmique en août 2009. HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared) est le spectromètre à très haute résolution d'Herschel. Parmi ses nombreux buts scientifiques, HIFI est très attendu pour ses capacités à observer les signatures de la molécules d'eau dans différents environnements astrophysiques, et à étudier finement la composition chimique de ces régions. La communauté HIFI entra alors en désarroi en apprenant la survenue d'un problème technique qui paralyse l'instrument. Il y a heureusement un double de la partie touchée à bord d'Herschel, mais avant de l'utiliser, tous les moyens devaient être mis en oeuvre afin de comprendre la cause de l'incident et de prendre les précautions nécessaires pour qu'il ne se reproduise pas. Les ingénieurs et techniciens ont donc effectué de nombreux tests pendant plusieurs mois et ont ainsi pu déterminer les changements à effectuer afin de protéger la partie de rechange et par conséquent l'instrument tout entier. Ce travail d'équipe a payé puisque HIFI a été progressivement remis en route avec succès à la mi-janvier 2010. Les performances sont en cours de vérification depuis début février et à l'heure actuelle, HIFI est à nouveau quasiment complètement opérationnel. L'instrument a été validé le 22 février avec accord pour recommencer les observations scientifiques début mars 2010.