Système optique embarqué sur un ballon stratosphérique pour la mesure des turbulences atmosphériques

Autor: Légaré, Ophélie
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise
Popis: Titre de l'écran-titre (visionné le 5 janvier 2024)
Les ballons stratosphériques étant une avenue relativement nouvelle pour tester des avancées technologiques ou faire des observations astronomiques, les données sur les turbulences atmosphériques à 40 km d'altitude sont encore limitées. Une mission précurseur telle qu'HiCIBaS (High Contrast Imaging Balloon System) doit donc caractériser les turbulences et s'assurer qu'il est possible de les corriger suffisamment pour faire des observations avec une bonne qualité d'image. Cela est d'autant plus vrai que le but à long terme d'HiCIBaS est de faire de l'imagerie haut contraste pour la détection directe d'exoplanètes, ce qui exige de travailler avec peu de photons. Ce mémoire traite du design et de la validation du système optique d'HiCIBaS-II dont le but porte exclusivement sur la mesure des turbulences atmosphériques à 40 km et dont le lancement est prévu à la mi-août 2023. La charge utile de l'instrument comporte un télescope Schmidt-Cassegrain de 35 cm de diamètre, deux caméras de guidage et un analyseur de front d'onde de type Shack-Hartmann utilisé en boucle fermée avec un miroir plan collé sur un miroir piézoélectrique qui permet de corriger les erreurs de $tilt$. Les turbulences engendrant principalement du $tilt$, cette boucle fermée devrait être suffisante pour compenser les principales erreurs causées par ces perturbations, en plus de corriger les erreurs d'alignement causées par les gradients de température au sein de l'instrument et par les oscillations de la gondole. Des erreurs de conception et de fabrication mécanique ont complexifié l'alignement du banc optique et empêché l'atteinte de tous les requis. Des aberrations statiques résiduelles non négligeables se sont ainsi ajoutées dans les performances optiques finales. Bien que ce ne soit pas l'idéal, ces aberrations ont été jugées acceptables considérant la difficulté à aligner le montage et considérant que la plage dynamique du Shack-Hartmann est suffisamment grande pour aller chercher les données voulues.
The stratospheric balloons are still a new way to test technological advancements or to make astronomical observations. The data on atmospheric turbulence at 40 km are then few. A precursor mission like HiCIBaS (for High Contrast Imaging Balloon System) has to characterize this turbulence and be sure to correct it efficiently, so it is possible to make observations with a good picture quality. This is especially the case since the long-term goal of HiCIBaS is to do high contrast imaging for direct detection of exoplanets, which requires working with few photons. This master's thesis discusses HiCIBaS-II's optical system's design and validation. HiCIBaS-II's goal is limited to measuring atmospheric turbulence at 40 km. The launch is planned for mid-August 2023. The payload is composed of a Schmidt-Cassegrain telescope with a diameter of 35 cm, two guiding cameras and a Shack-Hartmann wavefront sensor used in a closed loop with a mirror on a piezoelectric motor to correct the tilt errors. Because turbulence causes mostly tilt errors, this closed loop should be sufficient to offset the main perturbations. It should also correct the alignment errors caused by thermal gradients in the instrument and the gondola oscillations. Conception and mechanical errors made the alignment of optical elements more complex and prevented the attainment of desired requirements. Some non-negligible static aberrations have then been included in the final optical performances. It is not the ideal situation, but the aberrations have still been judged acceptable considering the difficulty of aligning the assembly. It has also been judged that the Shack-Hartmann's dynamic range is large enough to pick up the desired data.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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