La mission spatiale PLATO de l'ESA – à laquelle participe le Centre Spatial de Liège (CSL) - conçue pour étudier les exoplanètes et les oscillations stellaires, a reçu le feu vert pour poursuivre son développement. Ce 11 janvier 2022, une équipe d'examen de l'ESA a conclu avec succès l'examen des étapes critiques du vaisseau spatial PLATO et de sa charge utile scientifique. C'est une excellente nouvelle pour les nombreux partenaires belges qui contribuent au développement instrumental et scientifique de la mission.
L
a mission spatiale PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), dont le lancement est prévu fin 2026, est la troisième mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l'ESA. "Son objectif est de trouver et d'étudier un grand nombre de systèmes planétaires extrasolaires, en se concentrant sur les propriétés des planètes terrestres dans la zone habitable autour d'étoiles de type solaire", explique Heike Rauer, directrice de l’Institute of Planetary Research (Université de Berlin) et chercheuse principale de la mission en Allemagne. PLATO a également été conçu pour étudier l'activité sismique des étoiles, ce qui permettra de caractériser précisément les étoiles hôtes des exoplanètes. Pour ce faire, PLATO utilisera une charge utile unique de 26 caméras. »
Le consortium de la mission PLATO a été placé sous la responsabilité de l'Agence spatiale européenne (ESA) en collaboration avec un large consortium européen d'instituts et d'industries. Grâce au financement de Belspo (Politique scientifique belge) via son programme Prodex, la Belgique a une forte participation dans cette mission, en dirigeant la coordination de son programme scientifique complémentaire, en. développant le simulateur de charge utile PlatoSim, en contribuant au développement du pipeline pour caractériser les propriétés fondamentales des étoiles hôte et gérant le programme global d'assemblage, d'intégration et de vérification de toutes les caméras.
La récente revue des étapes critiques a permis de vérifier la maturité de la plateforme du vaisseau spatial et du module de charge utile. Presque tous les aspects de la production, de l'assemblage et des essais des 26 caméras ont été exercés avec succès, y compris les modèles structurels, techniques et de qualification des caméras.
Les scientifiques et les ingénieurs de la KU Leuven et du Centre Spatial de Liège (CSL) ont joué un rôle clé dans la réussite de cette étape critique. L'été dernier, le premier modèle technique des caméras a été assemblé et aligné dans une salle blanche dédiée du CSL, dans le cadre d'un effort conjoint des équipes de la KU Leuven et du CSL. Ann Baeke, ingénieur système au CSL, déclare : "Des mesures avancées avec des théodolites et des laser trackers nous permettent de mesurer les positions et les orientations des différentes parties de la caméra avec une précision de l'ordre du micromètre et de placer la matrice du plan focal de la caméra dans la bonne position". Un outil de boulonnage spécialement développé a ensuite permis aux ingénieurs du CSL de boulonner la matrice du plan focal au télescope à cette position exacte, sans la modifier. La qualification de la conception structurelle de la caméra et la conformité de son alignement sous vibration ont été testées avec succès sur l'installation Shaker du CSL. La prochaine étape consistera à construire une deuxième installation. Les deux installations parallèles serviront à réaliser la production en série pour l'assemblage des 26 caméras dans les délais requis.
Après l'alignement et le boulonnage, la caméra a été expédiée à Groningue, où elle a été placée dans une nouvelle installation d'essai de Stichting RuimteOnderzoek Nederland (SRON) qui peut simuler l'environnement de vide et de température de la caméra dans l'espace. Lors d'une première campagne d'essais, une équipe internationale dirigée par la KU Leuven a fourni la première preuve que le plan focal de la caméra était bien fixé dans une position permettant d'obtenir des images nettes à la température opérationnelle dans l'espace. Pierre Royer, spécialiste des instruments à la KU Leuven, déclare fièrement : "Le défi consistait à placer le plan focal de la caméra, avec ses 80 millions de pixels, au foyer prévu du télescope à sa température opérationnelle de -70 degrés Celsius, avec une précision de quelques micromètres seulement, soit une fraction d'un cheveu humain. Nous y sommes parvenus." Le prototype de la caméra va maintenant être testé plus avant, non seulement à Groningue mais aussi dans les installations d'essai de l'IAS (Paris) et de l'INTA (Madrid), où les 26 modèles de vol de la caméra seront testés.
La KU Leuven a poursuivi le développement de l'équipement électrique de soutien au sol et du logiciel permettant d'exécuter et d'analyser les tests des caméras PLATO au CSL et dans les maisons d'essai où les caméras PLATO sont soumises aux conditions spatiales. "Nous avons créé un système logiciel générique qui permet de tester les différentes caméras exactement de la même manière, en masquant les différences entre les chambres d'essai et les équipements des différents laboratoires", expliquent Sara Regibo et Rik Huygen, ingénieurs en logiciel de la KU Leuven. "Il était particulièrement gratifiant de voir notre système connecté à l'électronique du détecteur et aux équipements de laboratoire, et de constater que tout fonctionne et s'assemble".
Une fois cette étape franchie, la deuxième phase du contrat industriel, menée par OHB System AG en tant que maître d'œuvre avec Thales Alenia Space en France et RUAG Space System Switzerland au sein de l'équipe centrale, peut commencer. La prochaine étape importante pour PLATO est la revue de conception critique du vaisseau spatial en 2023, qui permettra de vérifier la conception détaillée du vaisseau spatial complet avant de procéder à son assemblage.
Après le lancement, actuellement prévu pour fin 2026, PLATO se rendra au deuxième point de Lagrange, à 1,5 million de km au-delà de la Terre dans la direction opposée au Soleil. De ce point, PLATO observera plus de 200 000 étoiles pendant ses quatre années de fonctionnement nominal, à la recherche de creux réguliers dans leur lumière causés par le transit d'une planète à travers le disque de l'étoile. L'analyse de ces transits et des variations de la lumière stellaire permettra de connaître les propriétés des exoplanètes et de leurs étoiles hôtes avec une précision sans précédent. "Cela inclut l'âge de l'étoile hôte, en modélisant ses oscillations non radiales", explique Thierry Morel, astrophysicien au STAR Institute de l'ULiège.
En plus de son programme de base, une fraction importante du temps d'observation de PLATO sera offerte à la communauté mondiale via un programme d'observateurs invités. "Cela apportera un trésor de données pour étudier les objets préférés de la communauté dans l'Univers, tels que les étoiles massives chaudes, toutes sortes de binaires, y compris les progéniteurs d'ondes gravitationnelles, les explosions cosmiques dans les galaxies, et bien d'autres choses encore", explique Andrew Tkachenko, responsable du programme scientifique complémentaire de PLATO, qui travaille à la KU Leuven.
"Après cette révision réussie, nous pouvons poursuivre la mise en œuvre de cette mission passionnante qui révolutionnera notre connaissance des exoplanètes de taille terrestre et ouvrira de nouvelles perspectives dans l'étude de l'évolution des étoiles", a déclaré Ana Heras, responsable scientifique du projet PLATO à l'ESA.
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