Des systèmes radiorésistants sur Terre comme dans l’espace

Le projet CELESTA (CERN Latch-up Experiment Student Satellite) à la conférence annuelle internationale RADECS 2017. (Image : Enrico Chesta/CERN)

Les domaines de l'aérospatial et de la physique des particules n'ont a priori pas grand-chose en commun. Et pourtant, dans les deux domaines, les chercheurs doivent faire face à des conditions extrêmes, en particulier en matière de rayonnements, imposant des contraintes technologiques rigoureuses, souvent similaires dans les deux cas.

Le CERN exploite des installations d'essai et développe des technologies de qualification pour la physique des hautes énergies, qui s'avèrent également utiles pour des essais terrestres ou la qualification d'équipements de vol. L'intérêt est immense en particulier pour les satellites miniaturisés CubeSats, assemblés la plupart du temps à partir de composants disponibles dans le commerce, dans la mesure où la procédure standard visant à assurer leur radiorésistance est coûteuse et chronophage.

Le projet CELESTA (CERN Latch-up Experiment Student Satellite) vise à développer une version miniaturisée et adaptée à l'exploitation spatiale de RadMon, un système de surveillance des rayonnements mis au point au CERN, et à démontrer que l'installation CHARM (CERN High-Energy Accelerator Mixed-Field Facility) peut être utilisée pour déterminer si des produits conviennent à une exploitation en orbite terrestre basse. Développé en collaboration avec le Centre Spatial Universitaire de l'Université de Montpellier, le microsatellite CELESTA a été primé cette année par l'Agence spatiale européenne dans le cadre du programme Fly Your Satellite! (soutenu par le bureau éducation de l’ESA) et sera mis en orbite en 2018 ou 2019.

De nombreuses autres installations et technologies concernent à la fois les rayonnements spatiaux et ceux des accélérateurs. Les détecteurs TimePix, qui sont des trajectographes alimentés via USB, sont déjà utilisés par la NASA à bord de la Station spatiale internationale pour surveiller précisément les doses de rayonnement. Les codes Monte-Carlo tels que FLUKA et Geant4, développés et mis à jour par des collaborations internationales, avec l’appui important du CERN dès leur conception, sont constamment utilisés pour étudier les environnements radioactifs de missions spatiales passées, actuelles ou futures.

Le diborure de magnésium (MgB2), supraconducteur à haute température qui sera utilisé dans les lignes de transmission électrique innovantes du LHC à haute luminosité, présente également un intérêt pour les futures missions spatiales. VESPER (Very Energetic Electron Facility for Space Planetary Exploration Missions in Harsh Radiative Environments) est une ligne de faisceau d'électrons de haute énergie destinée aux tests d'irradiation, qui fait partie de l'installation CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research), et qui est adaptée pour tester des composants électroniques en vue de leur fonctionnement dans l'environnement de Jupiter.

Toutes ces synergies ont été mises en lumière lors de la conférence annuelle internationale RADECS 2017 (Radiation Effects on Components and Systems), que le CERN accueillait pour la première fois en octobre de cette année. La conférence RADECS a pour objectif d'offrir un cadre de discussion européen sur les effets des rayonnements sur les matériaux, les appareils, les circuits, les capteurs et les systèmes électroniques ou photoniques. Cette année, le thème de la conférence était « From Space to Ground and Below » (« De l'espace aux profondeurs terrestres »), faisant référence à la nécessité de disposer de systèmes radiorésistants pour les applications spatiales, aéronautiques ou terrestres, et également pour les expériences de physique des particules menées en souterrain.

Plus d’informations sur kt.cern/aerospace.

Texte inspiré de l'article initialement paru dans le numéro d'octobre 2017 de CERN Courier.