PLANCK, mission

De nombreux défis technologiques

Des solutions fiables et économiquement acceptables ont été développées, testées et mises en œuvre afin de respecter le cahier des charges défini d'après les objectifs scientifiques de la mission.

L'observation de l'intégralité du ciel implique des instruments embarqués sur satellite avec une stratégie d'observation adaptée. Planck a donc été placé au deuxième point de Lagrange du système Terre-Soleil, une position stable située à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre dans la direction opposée au Soleil, et décrit de grands cercles autour de son axe de rotation. En six mois, 95 p. 100 de la voûte céleste sont couverts, en quinze mois on obtient deux cartes complètes du ciel.

La large couverture spectrale – des ondes millimétriques à l'infrarouge lointain – implique l'emploi de deux techniques de détection : des radiomètres pour les observations à 30, 44 et 70 gigahertz et des bolomètres à 10, 143, 217, 353, 545 et 857 gigahertz. Planck est sensible à la polarisation du signal de 30 à 353 gigahertz.

La résolution angulaire, de 5 minutes d'angle, permet d'accéder aux plus fins détails du rayonnement fossile ; elle est obtenue grâce à un télescope de 1,50 mètre de diamètre. Le bouclier thermique qui entoure les réflecteurs permet de les refroidir passivement à 40 kelvins environ. La sensibilité relative en température de 2 × 10^–6 par pixel, indispensable pour mesurer les plus faibles fluctuations, est atteinte car les instruments sont activement refroidis à 20 kelvins pour LFI et 0,1 K pour HFI.

Ces températures sont obtenues grâce à une architecture cryogénique complexe. Des boucliers thermiques protègent les détecteurs de l'émission de la base du satellite, qui contient toute l'électronique embarquée, les moyens de communication et ceux de production d'énergie. Un premier réfrigérateur fonctionne par détente d'hydrogène dans un cycle dit de Joule-Thomson ; cette machine détermine la température de fonctionnement des radiomètres de l'instrument LFI. Une pompe mécanique refroidit par détente de Joule-Thomson de l'hélium à 4 kelvins ; cette machine détermine la température de référence des radiomètres de l'instrument LFI (qui observe la différence entre la voûte céleste et cette référence constituée par l'enveloppe de HFI) et constitue le deuxième maillon actif de la chaîne de refroidissement de l'instrument HFI. Une détente de Joule-Thomson du mélange hélium 3 – hélium 4 prérefroidit les gaz purs de la dilution ainsi que les filtres de l'instrument HFI. Une dilution d'hélium 3 dans l'hélium 4 détermine la température de fonctionnement des bolomètres de l'instrument HFI, qui, avec 0,1 K, sont les objets les plus froids de l'Univers connu.