Pour mesurer la distance des galaxies on mesure le spectre de la lumière qu'elles émettent. Sur LSST, ces mesures se feront à l’aide de six filtres de couleurs installés sur un carrousel automatisé. Ces six filtres sont constitués de plusieurs couches d’un matériau diélectrique déposé sur un substrat de silice. Un matériau spécifique sera utilisé pour chaque filtre.
Le système d'échange de filtre de la caméra est composé de trois systèmes automatisés : Un carrousel de 5 filtres optiques, d'un changeur de filtre (l’Auto Changer) qui peut, à tout moment, venir remplacer l'un des 5 filtres en place. Le 6ème filtre pourra être inter-changé dans la caméra durant la journée avec un mécanisme chargeur de filtre (le Loader). Le système est validé par un banc de test permettant de simuler la configuration réelle de la caméra.
Principaux composants du système Echangeur de filtre dans la Camera LSST
Le système est développé par une collaboration de 5 laboratoires de l’IN2P3. Chaque Laboratoire est responsable de la fourniture d’un sous-système. La phase de développement actuelle est la construction et les tests d’un prototype à l’échelle 1.
Contribution des 5 Laboratoire de l’IN2P3
Le développement de Changeur Automatique est assuré au CPPM par une équipe de 6 personnes : Ingénieurs et de techniciens en mécanique et en électroniques. S’intégrant dans le système de changement de filtre embarqué, le changeur de filtre doit tout particulièrement répondre au challenges que sont la taille et la fragilité des filtres, la propreté des optiques, la répétabilité en position (< 0.1 mm), le temps réduit pour le changement de filtre (89 secondes), et un volume limité. La figue suivante résume les principales spécifications et illustre la configuration générale de l’instrument.
Vue d’ensemble de l’Auto changeur et sa configuration de montage dans la camera
Le changeur Automatique déplace le filtre sélectionné depuis sa position de garage dans le carrousel jusqu’à sa position d’observation dans le champ de vue de la caméra. Le parcours complexe du filtre est assuré par deux rails de guidage à double rainure afin de contrôler la trajectoire et l’inclinaison du filtre. Les chariots qui supportent le filtre sont entrainés par un mécanisme articulé fixé sur deux rails linéaires motorisés. Le filtre en position d’observation est supporté par un système de bridage isostatique (trait-point-plan) qui permet de le maintenir sans contrainte et avec une répétabilité meilleure qu’un dixième de millimètre.
Le changeur automatique est supporté par un cadre un aluminium comme la structure de la camera afin d’éviter la dilation différentielle dans la gamme de température -15° à 35°C.
Le contrôle commande est assuré par un réseau de moteurs et de capteurs pilotés par un PC 104 via un bus CANopen. Les capteurs renseignent des automates de sécurité indépendants sur l’état du système, les automates pilotent l’alimentation des actionneurs afin d’éviter des mauvaises manœuvres telles que les collisions ou la chute du filtre.
La qualification du Changeur automatique sera validée en 2017 par les tests sur un démonstrateur à l’échelle 1 construit en 2016. Le Changeur Automatique final sera intégré sur la caméra aux Etats Unis (SLAC) en 2018.
Démonstrateur à l’échelle 1 de l’Auto Changer construit en 2016
Par Pierre Karst