Instrument HFI
L'instrument HFI (High Frequency Instrument) représentait la contribution française à la charge utile scientifique de la mission PLANCK. Il était doté de bolomètres 83GHz - 857GHz fonctionnant à une température de 0.1 K, avait une résolution angulaire de 5' et une sensibilité en température de 5 µK à 100 GHz.
Crédits IAS - CNES
Il a été défini pour mesurer le fond diffus dans la partie du spectre où il est le plus présent et où la contamination de la mesure par les sources de premier plan est minimale. Ses six bandes ont été optimisées pour identifier au mieux les sources haute fréquence afin d'éliminer leur contribution résiduelle. L'instrument était basé sur l'utilisation de bolomètres à très basse température (0,1 Kelvin), dont la sensibilité sera limitée principalement par le bruit de photons du fond diffus lui-même et, aux courtes longueurs d'onde, par le bruit de photons du rayonnement thermique du télescope, bien que celui-ci ait une faible émissivité et soit refroidi à 50 K. Il approchait donc la limite de sensibilité théorique pour ce type de mesures. Par ailleurs, le système de lecture des bolomètres, basé sur une polarisation modulée, présente un très bas niveau de bruit à basse fréquence. Cela a permis l'utilisation d'une stratégie de mesure basée sur la rotation du satellite à 1 tour par minute et sur le balayage de cercles sur le ciel dans une direction approximativement perpendiculaire à la direction du soleil, ce qui a permis de couvrir deux fois le ciel au cours (d'un peu plus) d'une année.
Les meilleurs détecteurs disponibles à l'heure actuelle ont un absorbant du type toile d'araignée (spider web) et un thermomètre en germanium dopé par transmutation (NTD). Ils sont développés par Caltech/JPL. Les électroniques de lecture sont développées en France (CESR) et ont constituté un apport essentiel au projet. Le refroidissement des bolomètres à 100mK, nécessaire à l'obtention des performances requises, était assuré grâce au réfrigérateur à dilution en boucle ouverte (invention CNRS/CRTBT couverte par un brevet CNES). Des réserves d'hélium 3 et d'hélium 4 comprimés dans des sphères donnaient au réfrigérateur une autonomie de 14 mois minimum.
De cette exigence de 0.1K au plan focal a découlé toute l'architecture instrumentale HFI. Ceci était obtenu par le pré-refroidissement passif de la charge utile et du télescope à moins de 60K (-213°C). Deux refroidisseurs actifs (compresseurs 20K à absorption + compresseurs mécaniques 4K) en cascade baissaient encore cette température jusqu'à 4K, température à partir de laquelle démare le réfrigérateur à dilution jusqu'à 0,1K.
Le télescope, d'un diamètre utile de 1,5m, était de type grégorien hors axe sans obstruction, de façon à minimiser la lumière parasite produite par diffraction. Le couplage des détecteurs avec le télescope était assuré par des cornets corrugués, qui définissaient des faisceaux gaussiens, et permettaient un strict contrôle de la lumière parasite. Des filtres interférentiels permettaient de contrôler le domaine spectral atteignant les bolomètres. Leur répartition sur les étages cryogéniques à 0,1K, 1,6K, et 4K permettaient de limiter les charges thermiques sur les étages cryogéniques les plus sensibles.
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| Plan focal HFI - Crédits HFI | |
L'instrument HFI a été construit par un consortium dirigé par Jean-Loup Puget de l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, Orsay, France).
Crédits HFI
