Présentation générale du projet

La mission COROT

Chapitres
 La mission COROT
 Objectifs scientifiques
 Presentation générale du satellite
 Contraintes de mission
 Performances et design





Vue générale
Lumière parasite
Détecteurs
Stabilité du pointage
Stabilité thermique
 Traitements bord
 Voies sismologie
 Voies exoplanètes
 Où en est le projet ?
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
1
La mission COROT

Vue générale
 Expérience de photométrie stellaire de très haute précision
 Observation continue d’une même région du ciel pendant de
longues périodes (150 jours)
 Deux programmes scientifiques menés en parallèle, sur deux
zones voisines du ciel
Sismologie stellaire
DF/F
(ppm)
p
0
-50
-100
t (hr)
-10
-5
0
5
10
Recherche d’exoplanètes
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
2
La mission COROT

Sismologie stellaire
 Etude des processus hydrodynamiques internes
 analyse en fréquence des modes d’oscillation (pression, gravité)
 demande une précision photométrique relative de 10-6 en lumière blanche
 observation simultanée de 10 étoiles
 Programme central
sessions de 150 jours
 analyse spectrale fine de 50 étoiles brillantes
 paramètres scientifiques accessibles :
rayon du noyau, contenu en He, limites des couches convectives,
profil de rotation interne
 cibles principales : types A, F, G solaires,  Scuti,  Dor autour de mv=6
 cibles secondaires : types variés jusqu’à mv=9
 Programme exploratoire
sessions de 20 jours
 statistiques sur l’excitation des modes de 50 étoiles brillantes
 nombreuses familles d’étoiles étudiées jusqu’à mv=9 (diagramme HR)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
3
La mission COROT

Recherche d’exoplanètes
 Recherche de planètes telluriques
 détection des transits par la méthode des occultations
 précision photométrique relative de quelques 10-4 jusqu’à mv=15.5
(durée d’un transit : quelques heures)
 analyse chromatique du signal à l’aide d’un prisme
 observation simultanée de 12 000 étoiles
 Programme central




sessions de 150 jours
critère de détection : répétition périodique d’une même occultation (P<50 j)
levée d’ambiguïté / activité stellaire : achromaticité de l’événement
paramètres scientifiques accessibles : rayon orbital et taille de la planète
cibles : naines rouges, types spectraux F à M, magnitude [12 ; 15.5]
 Statistiques de détection
 plusieurs centaines de géantes gazeuses
 au moins une dizaine de planètes telluriques
(rayon > 1.5 REarth, température entre 200 and 600 K)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
4
La mission COROT

Perspectives scientifiques en sismologie
 comportement oscillatoire des étoiles en relation avec de nombreux
paramètres : la masse, la température, la métallicité…
 validation des modèles hydrodynamiques stellaires
 compréhension des mécanismes d’évolution des étoiles

Perspectives scientifiques en exoplanétologie
 début de réponse sur l’occurrence, les caractéristiques et les conditions de
formation des systèmes planétaires dans notre environnement galactique
(<550 parsec)

Autres opportunités de recherches
 base de données : 60 000 courbes de lumière à travers le diagramme HR
 activité stellaire, phénomènes de marées dans les systèmes doubles
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
5
La mission COROT

Vue générale du satellite
 Envergure : 4.20 x 9.60 m avec les panneaux solaires déployés
 Plate-forme PROTEUS
 développée par le CNES et Alcatel Space pour les orbites basses (< 1500 km)
 premier vol en 2001 : satellite d’océanographie JASON
 5 missions programmées
 Masse : 600 kg en configuration de lancement
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
6
La mission COROT

Instrument COROT
 Telescope (COROTEL)




pupille d’entrée de 270 mm
2 miroirs paraboliques
baffle cylindrique
obturateur début de vie
 Caméra champ large (COROTCAM)




Objectif dioptrique à 6 lentilles
Bloc focal équipé de 4 CCD 2 048 x 2048
2 CCD sismologie, 2 CCD exoplanètes
champ : 3.05° x 2.70°
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
7
La mission COROT
 Case à équipements (COROTCASE)
 électroniques de traitement des données
contrôle vidéo
cartes d’extraction
processeurs
 électroniques de servitudes
alimentation électrique
contrôle thermique
synchronisation
gestion des LED d’étalonnage
 Logiciel de vol (COROTLOG)
 traitements de photométrie d’ouverture
 traitements de mesure d’orientation
 débit de données en sortie : 900 Mbits/jour
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
8
La mission COROT

Caractéristiques techniques du satellite
Mass
Power
Bus dry mass = 270 kg
Propellant mass = 30 kg
Payload mass estimated at 300 kg
Bus consumption = 300 W
Payload consumption class = 200 W
Electrical power generated by 2
symmetric wing arrays
Li-Ion battery
Data Handling Unit
Battery
Gyro
electronics
AOCS
Gyro-stellar unit with 2 star trackers
and 3 2-axis gyrometers
Magnetometers and sun sensors for
attitude acquisition phase
4 reaction wheels, desaturated by
magneto torquer bars
4 1N thrusters for orbit maneuvers
120 m/s (hydrazine)
V capacity
Pointing
0.05° (3) on each axis
Improved to 0.5 arcsec with payload
ecartometric data
On board
Derived from a GPS receiver
-6
Time
Compatible with 10 accuracy
Data handling Centralized architecture
2 MA 31750 Processors
Communication links via
MIL-STD-1553 bus and
discrete point to point lines
Data storage 2 Gbits (Mass memory )
Satellite-toS band QPSK
Ground
CCSDS packet standard protocol
Interface
Down Link
TM frames data rate = 727 kbits/s
TM packets data rate = 550 kbits/s
Up Link
TC frames data rate = 4 kbits/s
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
9
La mission COROT

Choix de l’orbite du satellite
 Durée d’une observation : jusqu’à 150 jours
 la ligne de visée doit conserver une même direction pendant 150 jours
 pas d’occultation par la Terre
 mesures disponibles et correctes au moins 90% du temps
 Orbite polaire circulaire inertielle
 l’inclinaison i= 90° permet de conserver un plan d’orbite fixe
 ascension droite du nœud ascendant :  = 12.5°
choisie par le Comité Scientifique COROT
 altitude comprise entre 800 et 900 km
 altitude 826 km intéressante pour ses
propriétés de phase (cycle de 7 jours)
 Pas d’éblouissement solaire
 Soleil dans le dos,
à plus de 90° de l’axe de visée du télescope
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
10
La mission COROT

Contraintes d’orientation du satellite
 Lumière parasite terrestre
 la ligne de visée doit rester à plus de  = 20° du limbe terrestre
 rayon du cône d’observation :  = arccos (R/a) -  = 10 °
Sun
 Angle de roulis
  20° autour de l’axe de visée après alignement N/S des panneaux solaires
 utile pour optimiser le « cadrage » : position des étoiles sur les CCD
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
11
La mission COROT

Le ciel observé par COROT
11 étoiles principales de type spectral A, F, G (mv=6)
813 étoiles secondaires (mv<9)
au moins 200 000 étoiles candidates pour la recherche d’exoplanètes (mv<16)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
12
La mission COROT

Enchaînement
des observations
180° rotation on Zs
Spring
Line of Equinoxes
Zs-
Line of nodes
1a
“Apple pie”
Satellite axes
in a fixed orbital
reference frame ROF
2b
Zs-
Earth orbit
Summer
Solar declination
up to +23°
Xs+
Ys+
Ys+
Xs+
Central Program 1 Central Program 2
Center (18h50)
Anticenter (6h50)
S
ZOF
YJ2000
XJ2000 XOF
Winter
Exploratory Programs 1 & 2
Equatorial plane
1b
Solar declination
down to –23°
2a
Autumn 12.5°
180° rotation on Zs
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
13
Performances et solutions techniques

Vue générale
 Design imposé par la sismologie, adapté pour les exoplanètes
 temps d’intégration
 focalisation et prisme ajouté pour courbes de lumières en 3 couleurs
 Comment tenir les performances photométriques ?
 sismologie : maintenir tous bruits sous 1/10 du bruit de photon
 exoplanètes : maintenir tous les bruits sous le bruit de photon
 bruits structurés : essayer d’éliminer les perturbations parasites autour de
la période orbitale (période : 1 h 40)
 si on ne peut les éliminer, les corriger après étalonnage
(mesures embarquées, connaissance de la sensibilité des équipements)
 Enjeux techniques




se protéger contre la lumière parasite terrestre
très grande exigence de stabilité du pointage
très grande exigence de stabilité thermique de l’instrument
mise au point des traitements photométriques (embarqués, au sol)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
14
Performances et solutions techniques

Protection contre la lumière parasite terrestre
 Concept adopté : télescope compact à 2 miroirs hors d’axe
 diaphragme entre pupille d’entrée et de sortie
 facteur de réduction de pupille : 3, distance focale : 1.20 m
 caméra dans l’axe du faisceau collimaté
MIRROR M1
0°8
Entrance
Pupil
Field
Diam. 4°
Line of sight
Xs
0°8
MIRROR M2
3°2
Exit
Pupil
3°6
Ys
Dioptric
Objective
Focal
Block
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
15
Performances et solutions techniques

Protection contre la lumière parasite terrestre
 Baffle à haut coefficient d’atténuation
 coefficent de réjection : 10-12
(chicanes, peinture noire, très haut niveau de propreté)
 flux résiduel au niveau du détecteur : 1 photon/pixel/s
Chicanes
M1
Premier étage + cavité
Deuxième étage
le premier étage ne voit pas le limbe
M1 ne voit pas le deuxième étage
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
16
Performances et solutions techniques
Détecteurs et images
Dioptric objective ring
 4 CCD EEV 4280









2 048 x 2 048 pixels, codage 16 bits
transfert de trame
pixels de 13.5 m
rendement quantique élevé
bande passante [370 nm ; 950 nm]
Multi Pinned Phase (MPP) mode
température régulée à -40° C
très faibles courants d’obscurité
première utilisation spatiale sur COROT
 Dispersion par bi-prisme
Bi-prism
Temperature regulation

Exoplanets field
Seismology field
CCD matrices
Focal block
 placé devant les CCD exoplanètes
 dispersion suivant les lignes du CCD
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
17
Performances et solutions techniques

Détecteurs et images
 Voies sismologie
 tache défocalisée :
350 pixels pour une étoile de type G2, mv=6
 temps d’intégration : 1 s
 Voies exoplanètes
 tache focalisée :
60 pixels pour une étoile de type K0, mv=13
 40% d’énergie dans le rouge, 30% dans le bleu
 les bruits de fond (lumière parasite et zodiacale),
de lecture et de dépointage sont des contributeurs
importants
 temps d’intégration : 32 s
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
18
Performances et solutions techniques

Stabilité du pointage du satellite
 La position d’une étoile sur le CCD ne doit pas bouger
 un déplacement de la tache image provoque un bruit photométrique (PRNU)
 translation maximale sur le détecteur : 0.5 arcsec rms
 Possible à condition d’utiliser l’instrument comme senseur
stellaire
Senseurs
Gyroscopes
Estimateur
Actuateurs
Filtre
Roues
Kalman
Magnétocoupleurs
Instrument COROT
Chain
A1
E1
E2
(, , )1 or 2
1
Chain
A2
PROTEUS
2
2 étoiles de référence sont utilisées
pour la mesure écartométrique
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
19
Performances et solutions techniques

Stabilité du pointage du satellite
Intervalle scientifique (sismo)
 Simulations numériques
 Perfo espérée à 0.3 arcsec
 Quelques raies périodiques
parasites
 déformations thermo-optiques
de l’instrument autour de 0
 effet de l’environnement
terrestre autour de
20 gradient de gravité
40 et 60 champ magnétique
 Faible pollution du spectre (<5%)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
20
Performances et solutions techniques

Régulation thermique
 La stabilité thermique de l’instrument est sévèrement contrôlée
 à cause de l’effet des variations d’éclairement sur l’orbite
(éclipses, albédo terrestre)
 sensibilité thermique des éléments optiques
 sensibilité thermique des composants électroniques
 Telescope




éviter la déformation des taches image
structure carbone-cyanate
couverture MLI
régulation thermique attendue : 20 ± 1 °C
 Plan focal




éviter les variations de rendement quantique
régulation active de la température des CCD : ± 0.015 °C
sonde de température sous le bloc en Invar
tresses thermiques et radiateur bloc focal de grande surface (940 x 280 mm2)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
21
Performances et solutions techniques

Régulation thermique
 Compartiment supérieur de la case
 sous-système de regulation passive pour les équipements sensibles :
électroniques vidéo et servitudes analogiques
 deux répartiteurs en aluminium de 15-30 mm d’épaisseur
 deux radiateurs (400 x 100 mm2)
 régulation fine à ± 0.15° C / orbite
 variations de température propres
et corrections possibles au sol
 Compartiment interne de la case
 équipements peu sensibles :
convertisseurs, DPU, cartes numériques
 répartiteur en aluminium de 4 mm
 régulation à ± 2° C / orbite
 Solution efficace, coûtant 25 kg de masse
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
22
Fenêtres d’analyse et traitements

Voies Astérosismologie
 Acquisitions




5 fenêtres étoiles (50x50 pixels2)
5 fenêtres noires (binnées)
2 fenêtres d’offset
2 imagettes peuvent être acquises
si accumulées sur 32 s
 Photométrie d’ouverture
 2 méthodes utilisées
 seuil pour étoiles brillantes isolées
 masque fixe pour étoiles polluées
 Corrections bord
 inversion du modèle radiométrique : offset, courants d’obscurité
 correction du smearing (CCD à transfert de trame)
 pixels faux lors de la traversée de la SAA (probabilité élevée d’impacts p+)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
23
Fenêtres d’analyse et traitements

Voies Exoplanètes
 Acquisitions
 5 000 fenêtres étoiles 3 couleurs
 1 000 fenêtres monochromatiques
(étoiles froides, références de ciel)
 9 imagettes (10x15 pixels2)
 2 fenêtres d’offset
 Traitements bord
 photométrie accumulée sur 16 x 32 s (8-min sampled light curve)
 sur-échantillonnage déclenché à la demande des scientifiques après
détection d’un premier événement
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
24
Fenêtres d’analyse et traitements

Voies exoplanètes
 Les masques étoiles doivent être sélectionnés parmi un jeu de
patrons (modèles) disponibles à bord
 La forme d’un masque est fonction des paramètres suivants :
 la magnitude de l’étoile
 la température de l’étoile
 la position sur le CCD
(variations de la tache image)
 la contamination de la cible
par les étoiles environnantes
 256 patrons doivent suffire
 Outil de programmation dédié
 Observations sol et travail de simulation des champs
 haute densité d’objets parasites jusqu’à la magnitude 23
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
25
Organisation du développement

Maître d’œuvre du projet : CNES
Centre Spatial de Toulouse

4 laboratoires du CNRS travaillent au développement
de l’instrument ou du segment sol




Observatoire de Paris-Meudon
Laboratoire d’Astrophysique Spatiale (Marseille)
Institut d’Astrophysique Spatiale (Orsay)
Observatoire Midi-Pyrénées (Toulouse)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
26
Partenaires de la mission

7 pays ou organisations participent à la mission COROT
Instrument
ESA
SSD
Optiques
Processeurs
Allemagne
Logiciel de vol
Belgique
Case à équipement
et Baffle
Brésil
Segment sol
Antenne secondaire
et Logiciels sol
Autriche
Cartes électroniques
Espagne
Centre de Mission
et Antenne principale
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
27
Quelques travaux passés

2001 : Visites techniques pour le choix du lanceur
à Plesetsk (Russie)
à Baïkonour (Kazakhstan)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
28
Quelques travaux en cours

2002 : début de réalisation industrielle de l’instrument
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
29
Quelques travaux en cours

2002 : Caractérisation à Meudon des CCD de vol
banc CCD
cryostat
matrice CCD
sphère intégrante
champ plat LED
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
30
Quelques travaux en cours

2002 : Observations sol pour la préparation de la mission
Observation des cibles principales sismo au CFHT
(recherche de compagnons à moins de 60 arcsec)
Cartes de densité d’étoiles pour le programme
exoplanètes (utilisation de l’outil COROTSKY)
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
31
Calendrier

Lancement en fin d’année 2005
 fusée SOYUZ depuis Kourou
Contacts :
A. Baglin
F. Bonneau
Principal Investigator
Project Manager
M. Auvergne
L. Boisnard
Project Scientist
System Engineer
Documentation :
http://corot-mission.cnes.fr
http://www.obspm.fr/planets
http://www.astrsp-mrs/projets/corot
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
32
12e Festival d'Astronomie de Fleurance L. BOISNARD Cnes
33