Une fenêtre, mais pourquoi ?
Le détecteur EUV sensible dans la gamme 55nm – 155nm est équipé d’une fenêtre en MgF2 (Fluorure de Magnesium) ouvrable en vol. L’ouverture se fait par l’activation d’un mécanisme « one-shot » (i.e. activable une seule fois ; une fois ouverte, la fenêtre ne peut être refermée que manuellement).
La présence de ce petit mécanisme d’ouverture de la fenêtre a été imposée par la gamme de longueurs d’ondes couverte par ce détecteur. En effet, en dessous de 100 nm environ, aucun matériau n’est suffisamment transparent pour que l’on puisse se permettre de garder la fenêtre en place sur le chemin optique (ce qui réduirait considérablement la quantité de photons –déjà faible- que le détecteur pourrait mesurer). Un détecteur sans fenêtre est appelé « détecteur ouvert ». Par ailleurs, la surface du détecteur est couverte d’une « photocathode » en Iodure de Cesium (CsI) qui permet d’améliorer le rendement quantique global du détecteur dans la gamme ~100 à 155nm. Les performances du CsI se dégradent au contact de l’humidité et donc de l’atmosphère ce qui impose de maintenir le détecteur fermé et sous vide pendant les activités au sol (avant le lancement).
Ainsi, de l’assemblage du détecteur au lancement, la fenêtre du détecteur est maintenue fermée et le détecteur lui-même est pompé en permanence grâce au système de pompage (voir Focus sur : Le groupe de pompage).
Le mécanisme d’ouverture de la fenêtre
Le mécanisme est composé essentiellement de la fenêtre, d’un ressort de torsion, d’un loquet et d’un actionneur à paraffine.
En position « fermée » la fenêtre est maintenue par le loquet, contraignant le ressort. Lors de l’activation de l’actionneur, la paraffine qu’il contient est chauffée et se dilate jusqu’à transmettre un mouvement de translation à un piston qui pousse le loquet, libérant la fenêtre grâce à l’énergie potentielle contenue dans le ressort contraint. Un petit capteur de position « reed » (capteur magnétique) détecte la position « ouverte » de la fenêtre.
L’activation de l’actionneur est ordonnée depuis le sol par l’envoi d’une télécommande spécifique à l’unité centrale de PHEBUS (DPU, Data Processing Unit). A réception de cette télécommande (TC), le DPU gère l’activation du réchauffeur pendant la durée spécifiée. Une sonde de température collée à l’actionneur permet de suivre l’évolution de l’activation.
Ouverture en vol
La fenêtre a été ouverte avec succès lundi 3 décembre 2018 lors de la seconde phase de recette en vol. La fenêtre s’est ouverte après 130 secondes d’activation alors que la température initiale du réchauffeur était de -6°C. Le courant consommé par l’actionneur a bien été détecté ainsi que l’ouverture de la fenêtre grâce au capteur reed.
Quelques mots sur les tests au sol
Afin de permettre les caractérisations et tests de performance du détecteur et de l’instrument, il est indispensable d’ouvrir la fenêtre de l’EUV pour couvrir la gamme spectrale complète (55-155nm).
Ainsi, les essais avec ce détecteur sont réalisés dans une enceinte à vide obligatoirement. Trois raisons imposent cette contrainte :
1. La fenêtre doit être ouverte pour laisser passer le flux UV aux longueurs d’ondes inférieures à 110nm, et ce sans dégrader la photocathode CsI, sensible à l’humidité.
2. L’atmosphère absorbe le flux lumineux dans l’UV, en dessous de 200nm. Toute mesure « sur table » est donc proscrite pour ces longueurs d’onde : le détecteur ne recevrait aucun photon !
3. Le détecteur est opéré sous haute tension (environ 3600V pour l’EUV). A ces valeurs de haute tension, le risque de provoquer une décharge (un arc électrique) est important quand la fenêtre est fermée.
A la fin des essais, la fenêtre doit pouvoir être refermée sous vide ! Un mécanisme externe à l’instrument est donc utilisé : A l’aide d’un doigt courbé motorisé qui rentre dans l’instrument par un trou prévu à cet effet, il permet de refermer la fenêtre alors que l’ensemble est encore à l’intérieur de l’enceinte et sous vide !
Ces contraintes font que le détecteur n’a pas été testé au niveau satellite. La dernière activation du détecteur EUV avec sa haute tension date de Janvier 2015 (PHEBUS a été intégré sur le satellite en Avril 2015) !
