2.1

Solutions à balayage (Pushbroom)

Dans la continuité des missions SPOT, la première technique envisagée consiste à utiliser un détecteur barrette CCD en balayage. Les barrettes CCD ATMEL sont envisageables ; elles présentent des pas pixels de 6.5μm pour des barrettes de 12000 points.

Cette solution technique conduit à une première classe d’instruments caractérisés par une focale courte (typiquement 4 à 5 mètres) en raison du faible pas pixel.

De plus la vitesse de balayage de la scène conduit à une performance radiométrique faible si la pupille de l’instrument n’est pas de grand diamètre. Ceci peut être compensé en partie par un ralenti sur image afin d’augmenter le temps de pause.

2.2

Solutions à TDI

Afin de s’affranchir de cette limitation de la performance radiométrique, une solution à TDI (Time Delay Integration) est envisageable. Dans ce cas une optimisation globale peut être effectuée entre le nombre de lignes TDI et la dimension de la pupille, et donc la masse et le volume de l’instrument.

Les produits disponibles sont des détecteurs ayant des pixels de 13 à 15μm. Ceci définit une seconde famille de combinaisons optiques ayant des focales longues (dans un rapport 2 par rapport aux solutions à barrettes).

3.1

Combinaisons à focale courte

Les combinaisons optiques à focale courte envisagées sont les suivantes :

ces différents solutions ont été étudiées et optimisées avec les moyens d’ingénierie d’ALCATEL, dont le logiciel CODE V.

Ces combinaisons optiques sont contraintes par la taille maximale de pupille admissible pour l’emport d’un instrument à bord d’un mini-satellite, à savoir 700 mm de diamètre, mais aussi le volume global qui doit rester de la classe de 1.5m x 1m x 1m.

3.1.1

Solution Korsch centré

Fig. 1 :

Korsch centré courte focale

Cette combinaison est composée de 4 miroirs dont un miroir de repli afin de limiter le volume occupé par l’instrument. Ce volume reste cependant très important, en particulier la longueur de l’instrument qui dépasse 2m.

Enfin, l’ouverture de la combinaison (à F/7) conduit à une très grande sensibilité aux dépositionnements des optiques. Les allocations de stabilité de cette solutions deviennent alors extrêmement contraignantes, typiquement 1 à 2 μm tous effets confondus pour chaque élément optique.

3.1.2

Solution Korsch Off-Axis (ou TMA à image intermédiaire)

Fig. 2 :

Korsch Off-Axis courte focale

Cette combinaison est aussi constituée de 4 miroirs dont 1 miroir de repli. Son volume reste cependant conséquent (1.9m de long par 1.4m de large). La combinaison est sensible aux excentrements mais surtout présente des miroirs hors d’axe difficiles à réaliser afin de limiter sa longueur hors tout.

3.1.3

Solution TMA (Three Mirrors Anastigmat)

Fig. 3 :

TMA courte focale

Cette dernière combinaison est très adaptée pour obtenir des champs importants. Elle se compose de 3 miroirs mais reste très encombrante, la distance M1-M2 restant proche de la moitié de la focale. L’optimisation de cette longueur impose aussi un miroir M1 de très grandes dimensions (0.9m x 0.9m) ce qui est très pénalisant au niveau de la masse.

3.2

Combinaisons à focale longue

Les solutions envisagées sont les suivantes :

3.2.1

Korsch centré

Fig. 4 :

Korsch centré focale longue

Cette combinaison optique est composée de 4 miroirs dont un miroir de repli. Elle offre un grand intérêt au niveau de son aménagement, sa faible ouverture permettant un repli aisé des faisceaux à l’arrière du miroir M1.

Son volume reste limité à moins de 1.4m de long et 1 m de diamètre au niveau du point le plus éloigné, à savoir le miroir M3.

Enfin, son ouverture faible conduit à une sensibilité en dépositionnement des optiques de la classe de 10μm en focalisation (axe le plus contraignant).

3.2.2

Korsch Off-Axis

Fig. 5 :

Korsch Off-Axis focale longue

Cette solution reprend les principes de la solution à courte focale avec 4 miroirs. Elle reste cependant assez volumineuse, en particulier au niveau de la distance M1-M2 qui doit être supérieure à 1.5m pour conserver un bon niveau de faisabilité du miroir M1.

Elle bénéficie d’une bonne performance optique en raison de son absence d’obturation centrale et sa sensibilité aux excentrements est comparable à celle du Korsch centré présenté ci-dessus.

3.2.3

Cassegrain

Fig. 6 :

Cassegrain focale longue

Cette dernière combinaison envisagée est une solution classique avec un ensemble à miroirs M1-M2 et un correcteur dioptrique à l’arrière du M1.

Cette solution est fortement handicapée par sa forte obturation centrale qui dégrade sa performance optique mais aussi son volume et en particulier une longueur supérieure à 2m.

Notons enfin que la taille du champ conduit à un plan focal de grandes dimensions dont le bafflage vis à vis de la lumière parasite directe sera très complexe.

3.3

Sélection

Le tableau ci-dessous fait la synthèse des solutions étudiées.

La solution retenue est donc le Korsch centré en focale longue.

4.1

Détection

Les contraintes de champ imposées par la mission PLEIADES conduisent afin de réaliser les lignes de détection d’abouter plusieurs détecteurs dans le plan focal. La solution retenue est basée sur des optiques divolis (Diviseurs Optiques de Lignes) à miroirs assurant une projection au sol continue de l’ensemble de la rétine détectrice.

Ce plan focal est associé à une électronique hautement intégrée sur la base du concept SEDHI (Sous-Ensemble de Détection Hautement Intégré) en développement par ALCATEL [Ref 1]. Cette architecture offre l’avantage de compacter significativement les électroniques de mise en œuvre des détecteurs ainsi que les chaînes vidéo, ce qui se traduit par un gain de masse significatif.

L’architecture retenue est présentée par la figure ci-dessous.

Fig. 7 :

Vue du Sous-Ensemble de Détection Hautement Intégré (SEDHI)

On y voit le plan focal avec les détecteurs reliés aux cartes électroniques montées à l’arrière du support.

4.2

Architecture d’ensemble

L’architecture d’ensemble de l’instrument doit satisfaire les contraintes de masse, de volume, de rigidité et de stabilité des éléments optiques.

Les solutions envisagées sont donc basées sur des matériaux structuraux stables à haute stabilité dimensionnelle.

Deux matériaux sont envisageables pour la structure de Pléiades, le SiC et le Carbone/Carbone (voir tableau des principales propriétés). Du fait de la spécificité de chacun des matériaux deux architectures sont proposées :

Les éléments comparatifs typiques des 2 matériaux sont donnés ci-dessous.

4.2.1

Architecture en SiC

L’architecture en SiC est présentée ci-dessous.

Elle est caractérisée par une architecture à base d’une tripode liant les Miroirs M1 et M2 et d’une platine en SiC située en arrière du M1 assurant l’interface entre la partie avant (tripode, M1) et la partie arrière (M3, SED, interface de l’instrument avec le satellite).

Fig. 8 :

Vue de l’instrument – Solution SiC

4.2.2

Architecture en C/C

L’architecture en C/C est présentée ci-dessous.

Elle est caractérisée par une architecture à base d’une virole liant les Miroirs M1 et M2 et d’une platine située en arrière du M1 assurant l’interface entre la partie avant (virole, M1) et la partie arrière (M3, SED, interface de l’instrument avec le satellite).

Fig. 9 :

Vue de l’instrument – Solution C/C

5.1

Principales performances

Le tableau ci-dessous résume les principales caractéristiques de l’instrument PLEIADES.

Les performances de FTM ont été établies par une méthode statistique, basée sur l’outil de bilans BILSTAT_OPTIQUE développé par le CNES.

5.2

Perspectives

La suite des études en cours vont permettre de statuer sur l’architecture retenue en final et en particulier sur le choix du matériau utilisé.

Ce choix permettra d’engager les activités de définition au cours de l’année 2001 pour réaliser les instruments modèles de vol à l’horizon 2004.