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Les Particularités de la Mission

Le concept de la mission CASTOR a été développé afin de fournir aux astronomes canadiens et internationaux des images UV/visible-bleu avec une haute résolution et un grand champ de vision exceptionnellement innovant pour les années 2020. Les principales spécifications scientifiques et techniques sont résumées dans le tableau ci-dessous. Certains de ces paramètres peuvent être modifiés avec l’avancement des études.

Le large champ de vision instantané de CASTOR, mesurant approximativement 0,25 degré carré, est dû à sa conception qui comprend trois miroirs anastigmats (TMA), produisant ainsi un champ de vision large tout en minimisant les aberrations sphériques, de coma et l’astigmatisme. Le miroir primaire d’un mètre de diamètre offre une sensibilité élevée et le système optique complet est optimisé pour fournir des performances uniquement limitées par la diffraction aux longueurs d’onde visible-bleu et UV. Les dichroïques et les filtres fournissent, quant à eux, des images simultanées dans trois canaux distincts compris entre 150 et 550 nm. De grands assemblages de détecteurs CMOS échantillonnent chaque plan focal avec des pixels de 0,1 po de dimensions et un sous-échantillonnage PSF fourni par des pauses répétées avec petits déplacements dans les champs observés. CASTOR est conçu pour une mission de cinq ans, divisée entre de grands relevés et des programmes invités.

En plus de l’imagerie à champ large, CASTOR sera équipé de détecteurs adaptés dans chacun des canaux pour une observation photométrique de haute précision de cibles brillantes (comme des exoplanètes hôtes), ainsi que de deux modes spectroscopiques distincts : (1) un mode en réseau prismé à basse résolution spectrale qui offre une spectroscopie sans fente sur le champ d’imagerie entier dans les bandes UV et en U; et (2) un mode à matrice à micromiroirs configurable qui offre une spectroscopie 2D à une résolution spectrale intermédiaire dans le canal UV et sur un champ de vision parallèle, semblable à celui de Hubble.

La Conception du Télescope

Le télescope CASTOR comprend un assemblage optique, un système de contrôle thermique, une unité électronique et des logiciels. Sa conception est contrainte par la grande ouverture d’entrée et le grand champ de vision qui définissent la taille du système optique global. Le chemin optique traverse les trois miroirs anastigmats (TMA), avec son grand miroir primaire, se réfléchit sur le miroir de guidage fin (« FSM ») et passe par une paire de dichroïques qui alimentent trois plans focaux distincts se partageant un champ de vision commun. Le choix des bandes est fait par un système de dichroïques, de filtres interférentiels, de revêtements réfléchissants et de revêtements à bande large sur les miroirs TMA qui réduisent également la lumière rouge.

La structure du télescope montrant ses deux éléments principaux : une plaque à la base qui supporte les miroirs M1 et M3 et une tour qui maintient le miroir M2 et son miroir de guidage fin (« FSM »).

L’agencement du système optique de CASTOR montrant ses trois miroirs anastigmats, son miroir de guidage fin, ses dichroïques et ses trois différents plans focaux.

La conception du télescope repose sur trois surfaces motorisées avec des contraintes strictes sur la forme, la qualité et la stabilité des surfaces. Les miroirs ont une structure arrière avec trous et supports fins et une surface avant mince permettant de réduire la masse totale et d’optimiser les forces transmises au support mécanique. La structure du télescope découle d’un concept athermique qui assure une rigidité à toute épreuve tout en offrant une grande tolérance aux changements de température.

La Charge Utile, le Lancement et l’Orbite

 Le volume et la masse de la charge utile sont de 10 mètres cubes et 618 kg, tandis que la masse du satellite est en soi de 1 063 kg. Conçu pour être compatible avec une grande variété de lanceurs (véhicule de lancement de satellites polaires, Falcon 9, etc.), le satellite opérerait sur une orbite polaire héliosynchrone située au terminateur à une altitude d’environ 800 km. C’est 50 % plus élevé que l’orbite du télescope spatial Hubble et légèrement supérieur à celle du satellite GALEX. De telles orbites terrestres basses ont l’avantage d’avoir une efficacité d’observation élevée avec des coûts d’infrastructure de communication modestes. Une orbite terrestre basse héliosynchrone fournit également un environnement thermique stable, une protection des détecteurs contre le rayonnement solaire, et un éclairage du ciel qui demeure en général stable durant l’observation. Compte tenu de l’orbite de CASTOR, les observations seront principalement faites dans la direction antisolaire, avec des excursions hors du plan de l’écliptique à l’aide de panneaux solaires qui, une fois déployés, fourniront la puissance nécessaire au satellite pour certaines latitudes écliptiques. Un réseau de stations terrestres fournira au moins une liaison par orbite permettant de transférer les informations au moyen de technologies de liaison visible ou descendante à haute vitesse.

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Vue en coupe de CASTOR, montrant sa conception compacte et son trajet optique replié.

Représentation d’un artiste d’une orbite polaire située au terminateur et jouant entre le crépuscule et l’aube pour CASTOR. Lorsque la Terre se déplace le long de son orbite (arc rouge), CASTOR effectue des observations dans la direction antisolaire.