| Organisation |  JPL (NASA) |
|---|---|
| Domaine | Astronomie |
| Statut | En cours d'étude |
| Autres noms | HabEx |
| Lancement | vers 2035 |
| Lanceur | Space Launch System (télescope) Falcon Heavy (coronographe externe) |
| Durée | 5 ans (mission primaire) 10 ans de consommables |
| Site | https://www.jpl.nasa.gov/habex/ |
| Masse au lancement | 4H et 4C : 18 tonnes 3,2S : 7,3 tonnes + Coronographe externe (4H et 3,2S) : 12,15 tonnes |
|---|---|
| Masse ergols | 4H et 4C : 2,5 tonnes 3,2S : 756 kg |
| Contrôle d'attitude | stabilisé 3 axes |
| Source d'énergie | panneaux solaires |
| Orbite | Orbite de halo |
|---|---|
| Apogée | 780 000 km |
| Localisation | Point de Lagrange L2 |
| Type | Système anastigmatique à trois miroirs hors axe |
|---|---|
| Diamètre | 4H et 4C : 4 m. 3,2S : 3,2 m. |
| Focale | 4H et 4C : 9 m. (f/2,25) |
| Longueur d'onde | Visible,ultraviolet, procheinfrarouge |
| HCG | Coronographe |
|---|---|
| HWC | Spectromètre imageur |
| UVS | Spectromètre ultraviolet |
| SSI | Coronographe externe (starshade) |
Habitable Exoplanet Observatory, désigné généralement par son acronymeHabEx, est un des quatreobservatoires spatiaux que l'agence spatialeaméricaine, laNASA, envisage de développer au cours de la décennie 2025-2035. HabEx est proposé par une équipe pilotée par leJet Propulsion Laboratory. Ce télescope est conçu pour permettre l'observation directe, dans un rayon de 15 parsecs autour denotre étoile, desexoplanètes de toutes tailles et la caractérisation de leur atmosphère avec l'objectif de déterminer leur habitabilité. La méthode de détection utilisée permet d'identifier et de caractériser toutes les planètes d'un système solaire donné et ainsi d'amorcer une étudestatistique débouchant sur une meilleure compréhension du processus de formation des étoiles et de leurs planètes.
Dans la configuration répondant à l'ensemble des objectifs, le télescope dispose d'unmiroir primaire monolithique de 4 mètres de diamètre. Pour pouvoir observer les exoplanètes, le télescope disposera dans sa configuration la plus complète de deux types decoronographe : un coronographe interne et un coronographe externe (starshade) de 52 mètres de diamètre qui sera installé sur un satellite situé à 76 600 kilomètres du télescope. Ce dispositif constituera une première dans le domaine spatial. Pour réduire les coûts et les risques, deux configurations dégradées sont proposées : une version sans coronographe externe et une version avec un miroir primaire de 3,4 mètres et sans coronographe interne. Le télescope serait lancé vers 2039 en deux étapes - le télescope proprement dit (lanceurSpace Launch System) et le coronographe externe (Falcon Heavy - puis placé en orbite autour dupoint de Lagrange L2. La durée de la mission primaire est de 5 ans et l'engin spatial emporte 10 ans de consommables.
Fin 2022 la NASA décide de suivre les recommandations du rapport décennal de l'Académie des sciences des États-Unis relatif à l'astronomie et à l'astrophysique et choisi un projet plus modeste (miroir de 6,5 à 8 mètres pour un cout de 11 milliards US$) combinant les caractéristiques deLUVOIR avec certaines des caractéristiques du projet HabEx. Le nouveau télescope, baptiséHWO, devrait être lancé vers 2040 s'il obtient un financement.
Dans les domaines scientifiques, la NASA choisit les projets qu'elle compte développer en s'appuyant sur un rapport établi chaque décennie. Le prochain rapport relatif à l'astronomie et à l'astrophysique (The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey 2020), qui doit être publié en 2020 définira les axes prioritaires dans ces domaines pour la décennie 2025-2035. Dans ce contexte la NASA a financé l'étude de quatre projets d'observatoire spatial par des équipes comprenant des membres de l'agence spatiale, des chercheurs extérieurs et de représentants de l'industrie. Ces projets sont :LUVOIR, HabEx,Lynx etOST (Origins Space Telescope)[1],[2],[3].
Les principales caractéristiques de ces projets étudiés sont les suivantes[4],[3] :
Lorsque la NASA demande initialement en 2016 aux quatre équipes de détailler leur projet, il leur est donné pour consigne de ne prendre en compte aucune limite de coût. De ce fait, plusieurs projets dépassent les 5 milliards US$, le projet le plus coûteux atteignant 20 milliards US$. Mais en 2018, les deux grands projets astronomiques de la NASA en cours de développement rencontrent des problèmes qui vont avoir des retombées sur ces propositions : le télescope infrarougeJWST continue de subir des dépassements budgétaires (coût multiplié par 8 depuis l'origine et dépassant les 8 milliards US$) et calendaires (décalage du calendrier de 10 ans) tandis queWFIRST voit également son coût doubler, passant de 2 à 4 milliards US$ en 2018. Dans ce contexte, la NASA demande en aux quatre équipes de proposer deux versions de leur projet : la première version ne tient pas compte des contraintes de budget tandis que la seconde doit rentrer dans une enveloppe comprise entre trois et cinq milliards de US$[2]. Les quatre études sont finalisées au cours de l'été 2019. Il est prévu que leur contenu soit pris en compte par le rapport décennal de la NASA fixant les priorités pour la décennie 2025-2035 qui sera publié au printemps 2020. Ce dernier, qui synthétise les attentes de la communauté des astronomes et astrophysiciens, pourrait recommander un projet mais il pourrait également, renoncer au développement de ces télescopes de grande taille pour ne pas retomber dans les errements du projetJWST[5].
HabEx est un télescope optique disposant d'unmiroir primaire de 4 mètres de diamètre produisant des images et desspectres dans l'ultraviolet, enlumière visible et en procheinfrarouge. Il reprend en les améliorant les capacités du télescope spatialHubble.
Les objectifs scientifiques du télescope HabEx sont les suivants[6]:
Le télescope dans sa configuration de base a une masse d'environ 18,55 tonnes dont 4,9 tonnes pour la plateforme, 2,3 tonnes d'ergols et 7,9 tonnes pour la charge utile (optique et instruments scientifiques[9]).
L'énergie est fournie par despanneaux solaires constitués decellules solairesGaAs triple jonction qui doivent fournir 7kilowatts pour alimenter lesystème de régulation thermique (le plus gros consommateur avec 3 650 watts) et les instruments scientifiques (45-550 watts) tout en prenant en compte la dégradation des cellules durant les 20 ans de la mission. Les panneaux solaires sont fixes et solidaires du télescope. Ils sont placés le long du tube de l'optique et sur la face arrière du télescope. Leur surface devrait être d'environ 39 m² compte tenu d'un rendement de 29,5 % et d'une incidence du rayonnement solaire de 40% par rapport à un axe perpendiculaire aux panneaux. Deuxbatteries lithium-ion stockent l'énergie avec capacité de 66 Ah[10].
La propulsion est prise en charge par deux systèmes. Le système primaire utilise desmoteurs-fusées à ergols liquides mono-ergol. Il y a unmoteur-fusée principal d'une poussée de 445newtons depoussée, quatre moteurs de 22 N. qui servent à contrôler la direction lorsque le moteur principal fonctionne et 16 petits propulseurs pour le contrôle d'attitude. HabEx emporte 2280 kilogrammes d'hydrazine qui sont utilisés pour les manœuvres principales permettant au télescope de rejoindre sa position, pour la maintenance de l'orbite et pour les corrections d'attitude. Le deuxième système est constitué de 8 micro-propulseurs colloïdaux (poussée de l'ordre de 100micromètreewtons qui fonctionneront en permanence pour compenser principalement la poussée des photons solaires. Ces propulseurs seront fournis par l'Agence spatiale européenne qui les a déjà utilisés dans un contexte identique pour le satellite expérimentalLISA Pathfinder. Ces micro-propulseurs permettent au système de contrôle d'attitude de fonctionner sans avoir recours à desroues de réaction génératrices de vibration[11].
Le système de télécommunications comprend un émetteur-récepteur permettant au télescope spatial de communiquer enbande S avec le coronographe externe avec un débit de 100 bits par seconde via uneantenne patch et un système permettant d'échanger avec la Terre les données scientifiques sans interrompre les observations en cours. Les échanges des données se font enbande Ka via deuxantennes à balayage électronique fixées de part et d'autre du tube optique. Ce choix d'antenne permet de diriger les émissions radio vers la Terre sans dispositif mécanique susceptible de générer des vibrations. Deux antennes à faiblegain assurent une couverture quasi complète du ciel sont utilisées enbande X pour le transfert des commandes et destélémesures. Ledébit des échanges est de 6,5mégabits/secondes en bande Ka et de 100kilobits par seconde en bande X.
La partie optique du télescope est de typeanastigmatique à trois miroirs hors axe avec un miroir primaire de 4 mètres, dimension choisie parce qu'elle permet d'identifier une exoplanète de type terrestre, et un miroir secondaire de 45 centimètres placé à 2,5 mètres hors axe pour ne pas obscurcir une partie du champ de vue. Le miroir tertiaire a un diamètre de 68 centimètre. La focale est de 9 m (f/2,25) est un compromis retenu entre les contraintes de poids (une focale plus longue implique une masse plus importante) et les besoins de contraste du coronographe qui imposent une focale pas trop courte. L'instrument est conçu pour observer l'ultraviolet, lalumière visible, l'ultraviolet et le procheinfrarouge (0,115–2,5 micromètres). Des vérins permettent d'ajuster la position des miroirs primaire et secondaire pour ajuster leur position en prenant en compte les changements intervenus après le lancement du fait des changements thermiques liés à l'exposition du télescope dans l'espace. Des capteurs laser sont utilisés pour mesurer les déformations subies par la partie optique et déterminer les corrections à apporter[12].
Le coronographe intercepte la lumière de l'étoile ciblée, pour la masquer au télescope et ne pas l'éblouir dans l'observation des astres situés dans l'orbite de l'étoile. La configuration du télescope la plus complète inclut à la fois uncoronographe interne traditionnel et un coronographe externe (starshade) placé à plusieurs dizaines de milliers de kilomètres du télescope. Aucun télescope spatial n'a jusqu'à présent mis en œuvre ce dernier dispositif mais il a fait l'objet de nombreuses recherches au sein de laNASA (notamment dans le cadre de laMission New Worlds) et un projet est en cours au sein de l'agence spatiale pour porter d'ici 2023 leniveau de maturité de cette technologie à 5 (technologie validée dans un environnement significatif)[13]. Les deux configurations offrent des avantages et des inconvénients et chacune est particulièrement bien adaptée pour certains types d'observation[14].
Le coronographe externe comprend le coronographe lui-même (2,1 tonnes) et une plateforme de 2,5 tonnes similaires à celle d'un satellite. La plateforme comprend un système de propulsion mixte constitué de moteurs ioniques utilisés pour repositionner le coronographe lorsque le télescope est pointé vers une nouvelle étoile et une propulsion à ergols liquides comprenant 12 moteurs de 22 newtons de poussée pour les corrections de trajectoire et le maintien de la position relative par rapport au télescope. Six moteurs ioniques ayant une poussée de 0,52 newton et une impulsion spécifique de 3000 secondes, sont distribués sur chaque face du coronographe. La plateforme emporte 2,2 tonnes d'ergols liquides et 3,5 tonnes de xénon[15].
Pour permettre aux rédacteurs du rapport chargé d'établir les priorités de la NASA pour la décennie 2025-2035 d'affiner leur choix, l'étude détaillée du projet HabEx publiée en 2019 proposent plusieurs variantes moins coûteuses et moins risquées mais moins performantes du télescope spatial. Celles-ci ont été définies en combinant la réduction du diamètre du miroir primaire - 4 mètres (configuration proposée), 3,2 mètres et 2,4 mètres - et les types de coronographe embarqué - coronographe interne et externe (configuration proposée), coronographe interne uniquement, coronographe externe uniquement. Ces 8 configurations dégradées ont été rapprochées des objectifs scientifiques pour déterminer dans quelle mesure elles permettaient d'atteindre ceux-ci totalement, partiellement ou pas du tout. À côté de la configuration complète, deux configurations dégradées ont été plus particulièrement détaillées dans l'étude : 4C (miroir de 4 mètres et coronographe interne uniquement) et 3,2S (miroir de 3,2 mètres et coronographe externe uniquement)[16].
Le télescope HabEx emporte quatre instruments[17] :
Si la phase A du projet démarrait en 2025, le lancement de HabEx pourrait avoir lieu en 2039 (durée du développement 15 ans). La durée de la mission primaire est de 5 ans et le volume des consommables (ergols) garantit un fonctionnement durant 10 ans. Le télescope est conçu pour permettre sa maintenance en cours de vie. Le télescope spatial serait placé en orbite autour dupoint de Lagrange L2 du système Terre-Soleil. Ce point de l'espace, situé de manière constante à 1,5 million de kilomètres de la Terre, permet de bénéficier d'un environnement thermique stable sans obstruction importante de notre planète tout en restant à une distance de celle-ci compatible avec des débits élevés pour le transfert de données. Malgré l'éloignement de la Terre (4 fois la distance Terre-Lune) le télescope sera conçu pour pouvoir être entretenu par un équipage humain en cours de vie comme l'était Hubble qui toutefois ne se situe qu'à 515 kilomètres[18]. HabEx pourra être placé en orbite par lelanceur géantSpace Launch System (SLS) tandis que le coronographe externe serait lancé par unefuséeFalcon Heavy deSpaceX[19].
Durant sa mission primaire, 50% du temps d'observation sera réservé à des chercheurs extérieurs au projet dont les demandes auront été sélectionnées par un comité scientifique (Guest Observer Program).
Le projet HabEx n'est pas retenu dans la forme proposée par l'équipe qui l'a élaboré. Fin 2022 la NASA décide de suivre les recommandations du rapport décennal de l'Académie des sciences des États-Unis relatif à l'astronomie et à l'astrophysique et choisit un projet plus modeste (miroir primaire de 6,5 à 8 mètres pour un cout de 11 milliards US$) combinant les caractéristiques deLUVOIR avec certaines des caractéristiques du projet HabEx. Le diamètre retenu permettrait d'utiliser un miroir monolithique (source d'économie par rapport aumiroir segmenté et pliable du JWST) car leslanceurs lourds qui seront opérationnels à la date de lancement (New Glenn,Space Launch System etStarship) prévoient de disposer d'unecoiffe de grande taille. Il n'est pas exclu que le télescope utilise uncoronographe externe comme le prévoyait la proposition HabEx. Pour limiter les lumières parasites et protéger le miroir primaire desmicrométéorites, l'optique pourrait être protégée par un tube contrairement au JWST. L'optique active sera plus performante que celle du JWST pour les observations dans l'ultraviolet et en lumière visible. Le télescope sera placé aupoint de Lagrange L2 du système Terre-Soleil. Contrairement au JWST, HWO sera conçu pour pouvoir être réparé et amélioré par des missions robotiques (sans équipage). Il sera capable de détecter lesbiomarqueurs d'au moins 25exoplanètes de type terrestre situées dans lazone habitable de leurs étoiles. Ce nouveau télescope, baptiséHWO (Habitable Worlds Observatory) devrait être lancé vers 2040 s'il obtient le financement prévu[20].
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