Observations

CubeSat SPIRou

Le CubeSat SPIRou est un projet de nanosatellite photométrique dans le proche infrarouge dont l’objectif est de réaliser un suivi photométrique dans les bandes JH (1-1.8um) en continu (3 mois max) et précis (~1mmag rms) de certaines des étoiles M et PMS qui seront observées en parallèle avec SPIRou/SPIP - simultanément en modes vélocimétrique et spectropolarimétrique. Ce suivi photométrique permettra notamment de mieux caractériser l’activité (d’origine magnétique) de ces étoiles, qui induit des variations de flux en bande large dont le suivi précis facilite la correction des perturbations sur les mesures de vitesse radiale qui seront faites avec SPIRou/SPIP (Haywood et al 2014, MNRAS 443, 2517).
Le CubeSat SPIRou permettra également de détecter et de caractériser les transits éventuels des nombreuses planètes qui seront détectées avec SPIRou; en effet, beaucoup d’étoiles observées avec SPIRou/SPIP (M tardives, mais aussi étoiles PMS) ne seront pas accessibles à TESS, qui, avec ses détecteurs CCDs, sera limité aux étoiles M précoces et n’observera chaque champ que pour une période de 27d (impliquant de nombreux candidats mono-transits qui nécessiteront un suivi photométrique prolongé avec d’autres instruments). Dans la suite logique de PicSat (CubeSat du LESIA dédié à l’étude de beta Pic b), le CubeSat SPIRou propose non seulement un objectif scientifique ambitieux (en terme de taille d’échantillon couvert), mais aussi une innovation technologique (avec des observations IR, une première pour l’étude spatiale des transits photométriques).

Groupe thématique : PS2E

  • Responsable scientifique : Jean-François DONATI
  • Responsable technique : Driss KOUACH

Implication technique

Une pré-étude du CubeSat SPIRou a été menée dans le cadre d’un projet PIE impliquant l’IRAP et l’OMP d’une part (JF Donati, D Kouach, L Parès, P Petit), et l’ISAE d’autre part (équipe de 5 personnes, dont B Klein, en parallèle de son master recherche ASEP), sur la base des requis scientifiques fournis par l’équipe de l’IRAP (précision photométrique 1mmag en 15min à H<10, duty cycle 80% sur des périodes de 3 mois, durée de mission de 2 ans). Cette étude, qui s’est focalisée sur la charge utile (la plateforme 12U étant étudiée par une autre équipe PIE, encadrée par F Apper, ISAE / CNES) a conclu que le CubeSat SPIRou parait faisable si placé sur orbite polaire, avec notamment un système optique sur mesure composée de plusieurs lentilles (diamètre 85mm) et équipé d’un baffle déployable ainsi que d’un détecteur SWIR du commerce.

Pour poursuivre et approfondir la pré-étude sur la charge utile (en parallèle de celle de la plateforme 12U qui continue dans le même cadre que précédemment), conclure de manière fiable et définitive quant à la faisabilité du CubeSat SPIRou avec un document de fin de phase A, et soumettre le projet au CNES pour financer les étapes suivantes (phases B/2019 et C/2020) puis la construction et les tests du CubeSat et de sa plateforme 12U dédiée (2020-2020) si l’étude est concluante, nous avons réalisé en 2018:

  • une simulation détaillée de toute la chaine d’acquisition, depuis le signal photométrique (activité, transits) jusqu’à sa mesure (détecteur SWIR) y compris les aspects réalistes comme la PSF imparfaite de l’optique, les variations de sensibilité intra- pixels et inter-pixels du détecteur SWIR, les instabilités d’attitude du satellite, la pollution par des étoiles de magnitude et type spectral divers à proximité de l’objet étudié ; Tianqi Cang, en thèse avec P Petit et JF Donati, a réalisé dans le cadre de sa thèse la simulation de la chaine d’acquisition complète, utilisant notamment son expérience en photométrie acquise au cours de son Master à Beijing Normal University.
  • une première étude optique, qui a débouché sur un concept de 5 lentilles (pupille 85 mm), avec une possibilité de minimiser le nombre de lentilles utilisées tout en assurant une PSF relativement compacte et si possible athermique sur la totalité du domaine spectral utile.
  • une étude mécanique et thermique de la plateforme et de la charge utile, prenant en compte l’orbite polaire,
    l’éclairement / chauffage du satellite par le Soleil, pour éventuellement inclure si besoin une régulation thermique Peltier
    des composants les plus sensibles de la charge utile ; Cette étude menée par Owais Ahmad Bat (stagiaire Master –UPS) a débouché sur une proposition conceptuelle d’une charge utile de 3U (pour un cubesat 6U), éventuellement duplicable pour une charge utile 6U compatible avec la plateforme Mona+12U.

En plus de son intérêt scientifique (dans le cadre de SPIRou) et technique (expériences en détection IR dans lesquelles l’IRAP et l’OMP ont investi des ressources croissantes au cours des dernières années), ce projet permet également de positionner l’IRAP et l’OMP dans le programme CubeSat qui connait actuellement un fort développement au CNES et en France et qui pourrait s’avérer à terme un moyen prometteur, efficace et bon marché de mener une science de qualité depuis l’espace.

Objectifs et planning

  • 2019-Q2 Simulation système, déclinaison des spécifications techniques
  • 2019-Q4 Optimisation du design (optique, mécanique)
  • Q4/19 – Q2/20 Gestion et définition interfaces avec la Plateforme CubeSat
  • 2020- Q3 Final Design Review
  • Q3/20 – end of 2022 Phase de construction des modèles (Eng/Qual et vol)
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