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11.12.09
XMM-Newton
Un défi technologique avant d’être une réussite scientifique
 
Pour l’Agence spatiale européenne, chaque mission spatiale est un véritable défi technologique ! XMM-Newton ne déroge pas à cette règle. D’une envergure de 16 m (panneaux solaires déployés) et long de 10 m pour une masse au lancement de 3,8 tonnes ce satellite est ni plus ni moins le plus gros engin scientifique jamais lancé par l’Europe.

Construit par un consortium de 46 entreprises de 14 états membres de l’ESA sous la maitrise d’œuvre d’Astrium, XMM-Newton utilise une plate-forme commune avec Integral l’observatoire spatial du rayonnement gamma de l’ESA lancé en 2002. Cette plate-forme a été conçue sur des spécifications de besoin d’Intégral avec en tête de veiller à ce qu’elle soit compatible avec XMM-Newton.

Les miroirs

C'est la réalisation des miroirs des 3 télescopes qui constitue de loin la principale performance technologique réalisée. Comme chacun le sait, les rayons X sont très pénétrants et ils ne peuvent être déviés par réflexion que sous des incidences rasantes.

Chaque miroir est donc composé de 58 coques concentriques et chacune de ces coques doit focaliser en un même point le rayonnement arrivant sous un angle de 30'. La distance focale de l'instrument est de 7,5 m. Les coques, réalisée en nickel, sont usinées et polies avec une précision diabolique et munies d'un revêtement réfléchissant en or.

Leur profil est complexe : paraboloïde de révolution suivi d'un hyperboloïde de révolution et elles doivent être très fines (entre 0,5 mm et 1 mm d'épaisseur) afin de maximiser la surface collectrice. Pour leur assemblage concentrique, les coques sont collées sur un barillet à 16 branches fabriqué en Inconel (alliage de nickel-chrome-fer). L'usinage, le polissage et l'alignement dans les tolérances requises de ces coques métalliques a été une véritable prouesse technologique dont les industriels européens peuvent être particulièrement fiers. Cette configuration en coques concentriques a permis de maximiser la surface collectrice (1800 cm2 à 8 keV) ce qui en fait un instrument extrêmement sensible, tout en permettant de réduire l'encombrement général et le rendre compatible avec un lancement Ariane 4.

Le tube du satellite

Le tube du télescope a été fabriqué en résine renforcée de fibres de carbone pour la rigidité et l'excellente stabilité dimensionnelle de ce matériau et aussi afin de gagner de la masse.

Cependant, un des problèmes de ce matériau est son dégazage de vapeur d'eau et de matières volatiles une fois dans l'environnement spatial.
Il a donc fallu prendre des précautions infinies pour s'assurer que les produits de dégazage n'iraient pas se condenser sur les miroirs ou sur les détecteurs, parties les plus froides de l'instrument. Pour ce faire, l'intérieur du tube a entièrement été tapissé d'un film de polyamide et un système de piégeage des produits de dégazage a été placé sur le tube.

Contrôle thermique

Pour le reste, la structure du satellite est assez classique et n'appelle pas de commentaire particulier. De même, le contrôle thermique de l'instrument, aspect très important dans la conception d'un télescope, est cependant très classique et n'a pas posé de problème particulier.

Le concept du contrôle d'attitude, implanté dans le module de service est dérivé de celui de ISO, un autre télescope (dans l'infrarouge) de l'ESA. Utilisant 4 roues à inertie et 2 groupes de 4 petits réacteurs à hydrazine, il permet d'atteindre la très grande précision et stabilité de pointage requises pour l'observation de sources distantes sur des périodes pouvant dépasser 10 heures. Le même service module a ensuite été utilisé pour la mission INTEGRAL, autre observatoire européen mais fonctionnant dans le gamma.

La question de l’orbite

XMM-Newton évolue sur une orbite fortement elliptique (7000 x114000 km), inclinée à 45° et avec une apogée dans l'hémisphère sud à une période de 48h. Elle a été choisie pour permettre de longues observations des sources de rayons X depuis l'extérieur des ceintures de radiations qui entourent la Terre. Mais pas seulement.

L’ESA a toujours voulu lancer XMM-Newton par une Ariane 5. Or, en 1996, le lancement catastrophique des 4 Cluster avec la première Ariane 5 (explosion en vol) et les problèmes de roulis rencontrés par Ariane 502 qui ne parvient pas à atteindre l’orbite visée forcent l’ESA à faire en sorte que le satellite reste compatible avec Ariane 4 car à cette époque, personne ne pouvait garantir qu’Ariane 5 serait prête à temps. Sans ses contraintes, il est il vraisemblable qu’XMM-Newton aurait été lancé vers le Point de Lagrange L2.

Le premier vol vraiment réussi d'AR5 a été celui du lancement de l'ARD (AR503 en octobre 1998) mais XMM était déjà construit et la plupart des essais effectués. Le 10 décembre 1999, c'est bien une Ariane 5 qui décolle de Kourou. Avec le succès que l’on sait.


 
XMM-Newton XMM-Newton XMM-Newton (miroir)
16 mètres d'envergure
 Le tube du télescope
Miroir d'XMM-Newton
Crédit ESA
 

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