Une batterie de tests réussis pour l’instrument AIRS.
Le développement des équipements spatiaux nécessite différents modèles intermédiaires permettant de valider progressivement la conception mécanique, thermique, électrique ou logicielle. Les modèles Structurels et Thermiques (STM) permettent par exemple la validation du design mécanique et thermique tandis que les modèles avionique (AVM) puis d’ingénierie (EM) permettent la validation électrique et fonctionnelle complète. Le modèle de vol est ensuite réalisé sur la base de ces résultats, ou bien encore sur celle d’un modèle de qualification intégrant l’ensemble des fonctions de l’équipement.
Dans le cadre du développement de l’instrument AIRS et en particulier de la partie froide du spectromètre, le modèle d’ingénierie a été pensé comme un modèle de qualification avec l’objectif de valider entièrement son design, en particulier vis-à-vis des exigences d’environnement spatial de la mission ARIEL, qu’elles soient mécaniques ou thermiques. Associée à ces essais, une longue campagne d’étalonnage a démarré depuis le mois de mars 2026 afin de mesurer les performances de l’instrument avec, notamment, l’acquisition de la première image du spectromètre.
L’instrument AIRS est composé d’un boitier électronique ADCU (AIRS Detector Control Unit) et de la partie froide, la CU (Cold Unit), du spectromètre qui inclut deux bancs optiques associés à deux plans focaux pour couvrir la gamme de longueur d’onde de de 1.95 à 7.8 microns. Le CEA développe les chaînes de détection des détecteurs assemblés sur un plan focal jusqu’au boitier de pilotage ADCU complet. L’IAS a la charge des deux bancs optiques, de leur intégration et de leur alignement ainsi que des mesures de propriétés physiques et de vibrations.
Les bancs optiques sont composés de plusieurs sous-systèmes (lentilles, prismes) tenus par des montures mécaniques. Ces sous-systèmes sont assemblés et testés à l’IAS, où on s’assure qu’ils ont les caractéristiques optiques attendues et qu’ils supporteront les efforts du lancement.
Un fois les bancs optiques assemblés et alignés, les plans focaux sont montés dessus. Tous les assemblages sont réalisés en salle propre, pour s’assurer qu’il n’y a pas de poussière sur les optiques, ni de contamination, qui pourraient dégrader les performances de l’instrument.
Une fois que le tout a été assemblé – bancs optiques + plans focaux – nous passons aux tests de vibrations, sur le pot vibrant de l’IAS. Puis, nous vérifions l’intégrité de l’instrument, ainsi que l’alignement des deux bancs optiques entre eux pour être sûr qu’il n’y a pas eu de déformations lors de ces tests.
La partie froide est ensuite envoyée au LIRA pour les tests thermiques et les calibrations de l’instrument.
Le modèle d’ingénierie du spectromètre infrarouge AIRS est installé depuis mars 2026 au LIRA dans la chambre à vide cryogénique SimEnOm du MESPAL, une cuve permettant de reproduire des conditions proches de celles de l’espace et de vérifier le bon fonctionnement de l’instrument.
Le LIRA est responsable de toute cette campagne de tests : il fournit les équipements, dont un banc optique qui imite le télescope, et réalise toutes les mesures pour évaluer les performances de l’instrument.
Ces tests vont durer jusqu’en novembre 2026, avec la participation des équipes scientifiques du CEA, de l’IAS et de l’IAP. Une fois cette étape terminée, l’instrument sera livré au Laboratoire Rutherford Appleton (RAL), au Royaume-Uni, pour des tests supplémentaires avec l’ensemble des systèmes intégrés sur la charge utile de ARIEL.
Une nouvelle étape franchie pour AIRS. Dernièrement, afin de vérifier la performance de l’instrument AIRS, une mesure a été réalisée au travers d’une cellule contenant du méthane gazeux. Le méthane est un composé organique présent dans l’atmosphère terrestre qu’on peut s’attendre à trouver sur des exoplanètes observées avec ARIEL.
Les positions des raies spectrales du méthane sont parfaitement connues et permettent de vérifier que l’instrument répond de façon nominale lorsqu’il les détecte.
La mesure est très simple. Elle consiste à faire avec AIRS deux acquisitions, la première avec du méthane, et la seconde sans méthane, qui sert de référence. En faisant le rapport des deux mesures, on peut comparer le spectre du méthane obtenu avec AIRS à un modèle théorique.
La figure ci-dessous montre à gauche les spectres bruts de la référence et de la mesure de la cellule de méthane, et à droite, la comparaison entre le spectre mesuré et le modèle théorique. L’excellente corrélation entre les deux suggère des performances nominales de l’instrument.
La contribution française à la mission Ariel
La France apporte une contribution majeure avec la fourniture du spectromètre infrarouge AIRS (ARIEL Infra-Red Spectrometer). Ce développement se fait sous la maitrise d’œuvre du CEA-Irfu (département d’Astrophysique UMR AIM) avec les contributions majeures de l’IAS (Institut d’astrophysique spatiale), du LIRA (Laboratoire d’instrumentation pour la Recherche en Astrophysique) et du LAB (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux).Le CNES assure la maitrise d’ouvrage. L’IAP (Institut d’Astrophysique de Paris) et le LISA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques) contribueront également à la préparation scientifique de la mission, via des simulations et des chaînes de traitement des données.
