Titre de la thèse
Profil de mission pour un observatoire interférométrique radio en orbite lunaire constitué d’un essaim de nanosatellites.
Composition du jury
- Mathieu BARTHÉLÉMY (IPAG) : Rapporteur
- Benjamin GRISON (IAP - Prague) : Rapporteur
- Coralie NEINER (LIRA) :Examinatrice
- Angélica SICARD (ONERA) : Examinatrice
- Angélique RISSONS (ISAE - Supaeo) : Examinatrice
- Daniel SANTOS-COSTA (SwRI - San Antonio, Texas) : Examinateur
Résumé
Le ciel radio à très basse fréquence (< 10 MHz) demeure largement inexploré. Pourtant, de nombreuses sources et phénomènes astrophysiques sont susceptibles d’émettre dans cette gamme du spectre électromagnétique, notamment les émissions radio planétaires et les sursauts radio solaires. Comme cette portion du spectre n’a jamais été observée avec de la résolution spatiale, il est probable qu’elle dissimule encore des objets ou processus physiques inconnus. Cette lacune d’observation s’explique principalement par l’ionosphère terrestre, qui agit comme un miroir pour ces ondes et empêche toute détection depuis le sol. Par ailleurs, la réalisation d’observations résolues à ces fréquences implique un instrument dont la taille dépasserait plusieurs kilomètres, de taille comparable aux longueurs d’onde considérées, et donc nécessairement déployé dans l’espace. Ce type d’instrument peut être synthétisé par interférométrie, à partir de multiples points de mesure distribués spatialement. Ainsi, pour explorer cette fenêtre spectrale, il est envisagé d’utiliser un interféromètre spatial, déployé sur la Lune ou en orbite lunaire.
Dans ce contexte, le concept instrumental NOIRE (Nanosatellites pour un Observatoire Interférométrique Radio dans l’Espace), porté par l’Observatoire de Paris, propose de mettre en orbite lunaire un essaim de 50 nanosatellites. Une première étude de faisabilité a été conduite en 2018, mais plusieurs points critiques doivent encore être précisés afin de formuler les exigences système nécessaires pour enclencher le développement de l’instrument. Cette thèse explore notamment les stratégies d’observation permettant de détecter les émissions radio planétaires, dans le but de définir un profil de mission réaliste pour NOIRE ou une mission équivalente. Nous montrons qu’un tel concept pourrait apporter une contribution scientifique significative pour ce domaine d’étude. Dans ce cadre, nous avons précisé la sensibilité de la mesure en mode beamforming non polarisé, et développé un simulateur instrumental permettant de tester diverses stratégies d’observation.
Nous nous sommes également intéressés aux besoins liés aux fonctions de la plateforme instrumentale. En particulier, nous avons identifié et étudié une méthode autonome de détermination de l’attitude absolue de l’essaim. Les résultats de cette étude restent à solidifier mais suggèrent que cette méthode pourra garantir que l’instrument est en capacité de déterminer son attitude avec suffisamment de précision de façon autonome. Nous avons, par ailleurs, identifié des besoins nécessaires au bon développement de ces instruments comme le besoin d’un modèle de ciel robuste permettant de mieux caractériser les performances instrumentales, mais aussi le besoin d’une mission de démonstration pour vérifier les performances des fonctions plateforme d’un essaim et la capacité à effectuer des mesures interférométriques. De plus, nous proposons des méthodes pour établir un modèle de ciel et proposons une esquisse de mission de démonstration.
Enfin, à partir des exigences scientifiques en matière d’observation, nous avons dérivé certaines des principales exigences systèmes, ce qui permet d’orienter la définition de l’instrument et des satellites. Pour finir, nous discutons la feuille de route des interféromètres radio basses fréquences dans l’espace.
