Optique Active Spatiale et Instrumentation compleXe – OASIX

La méthode de développement proposée est basée sur l'expérience du LAM en Optique Active:
- conception optique via ZEMAX, définition des spécifications;
- conception opto-mécanique de miroirs actifs et détecteurs déformables pour la réalisation des concepts optiques développés;
- réalisation, assemblage, intégration et tests de prototypes pour la démonstration du concept optique.

Depuis le début de l'étude, deux jeux de spécifications ont été établis en regard des besoins actuels au sol et dans l'espace. L'instrument HARMONI, première lumière pour le futur télescope géant européen intègre un système de zoom x30 avec des spécifications sévères sur la qualité optique. La mission HRT du CNES (en phase 0) pourrait intégrer un système de zoom actif dans le télescope.
Depuis le début du projet, plusieurs designs optiques de zoom ont pu être étudiés et l'un d'entre eux fait l'objet d'une demande de brevet.
Le projet OASIX a été fortement soutenu par le Labex FOCUS, qui a fourni un post doc de deux ans ainsi que du matériel pour la réalisation de prototypes de détecteurs déformables en partenariat avec le CEA-LETI, ce qui n'était pas prévu dans la proposition OASIX.

L'arrivée d'une nouvelle chercheuse d'excellence dans le projet va permettre de mener à bien la phase de simulations, la phase de spécifications étant terminée.

Actuellement, deux demandes de brevet sont en cours d'étude via la SATT sud-est:
- détecteurs déformables (AMU/CNRS/CEA-LETI);
- zooms actifs x30 (AMU/CNRS).

Préparer la future génération de télescopes spatiaux demande le développement de ruptures technologiques permettant l’émergence de systèmes d’imagerie optimisés, combinant de très hautes performances avec une faible masse et un faible coût. Innovation, progrès et ruptures technologiques sont nécessaires pour le développement de technologies innovantes qui vont permettre au monde académique et industriel français de rester au premier plan de la scène internationale.

Plusieurs thèmes et applications seront adressés par la future génération de systèmes spatiaux, à la fois pour l’observation de l’univers lointain et du système solaire. A titre d'exemples, nous pouvons citer la détection de planètes extrasolaires et leur caractérisation, ou encore l’imagerie de petits corps du système solaire. Ces objectifs scientifiques majeurs demanderont des systèmes d’imagerie très haute performance.

Dans ce contexte, la très haute résolution angulaire depuis l’espace est un des objectifs majeurs qui est atteint par une augmentation de la taille des télescopes, amenant de nouvelles contraintes. En effet, la masse et le coût d’une mission ne peuvent pas être multipliées par le même facteur d'échelle. Des architectures instrumentales innovantes sont requises afin de réduire la taille, la masse et le coût de l’instrumentation tout en augmentant les performances des systèmes d’imagerie.

Les futurs télescopes spatiaux ne devront pas uniquement augmenter en taille, ils devront utiliser des technologies nouvelles afin d’atteindre leur objectifs ambitieux. Les collaborations que nous menons depuis plusieurs années avec le CNES et les acteurs industriels spatiaux nous ont permis d’identifier que l’Optique Active et les nouvelles architectures plan focal sont les points majeurs à développer afin de proposer de nouvelles technologies.

Afin d'adresser ces problématiques, nous proposons de mener des études système permettront d’identifier les briques technologiques à étudier et leur impact sur le système global, par une optimisation des paramètres tels que la résolution, la qualité d’image ou le champ de vue en regard de la taille, la masse et le coût.

L’innovation dans le contexte spatial demande nécessairement la réalisation de prototypes de sous systèmes : correcteurs actifs compensant aléatoirement les déformations de front d’onde, systèmes actifs optimisés dédiés à des applications spécifiques caméras miniatures à détecteurs courbes, plans focaux variables.

Le projet OASIX se focalisera sur deux activités principales qui sont : 1/ le développement d’un système de zoom hors axe à grand champ (type Mersenne) composé de deux paraboles hors axe variables, 2/ l’étude de faisabilité de plans focaux déformables et la démonstration du gain apporté en termes de qualité d’image dans le champ et de réduction de la complexité des designs optiques spécifiquement dans le cas du zoom.

Ces développements devront être menés en collaboration avec les industriels du spatial. Grâce à ce projet, les industriels partenaires seront en mesure de répondre aux futurs appels d’offre pour les grands observatoires spatiaux en proposant des systèmes plus compacts, légers et incluant des fonctions nouvelles.

Une stratégie de valorisation spécifique est déjà en place entre le CNRS, le CNES et l’industrie spatiale via le dépôt de brevets communs, les transferts de licence, la participation à des conférences internationales et finalement les publications dans les revues à comité de lecture.

Le projet OASIX sera la première démonstration du potentiel de l’instrumentation active et de son impact au niveau système. L’utilisation de miroirs actifs et de détecteurs déformables dans les futurs grands télescopes spatiaux sera une rupture technologique majeure grâce à laquelle le CNRS et l’industrie spatiale française seront en mesure de conserver leur place au premier rang de la scène internationale.