Le lointain et mystérieux univers primordial fait l’objet de nombreuses recherches en astrophysique pour appréhender toute la dynamique complexe de notre univers. Pour le détecter, le satellite japonais LiteBIRD sera équipé de détecteurs ultrasensibles refroidis à la température de 0.1 K (zéro absolu) grâce à une seule chaine cryogénique pour tout l’ensemble. Or, du fait de l’accumulation de la chaleur reçue par le soleil, de l’énergie rayonnée et du fonctionnement, la température du satellite s’élève à 300 K. C’est pourquoi, des panneaux radiatifs sont prévus pour d’abord maintenir la température à 35 K. Puis, un premier réfrigérateur abaisse la température de l’enveloppe des instruments à 4.8 K. Et puis, un second système refroidit le premier étage des télescopes à 1.8 K.
L'un des deux télescopes à bord (Medium and High Frequency Telescope) sera fourni par les Européens. Reconnus internationalement pour leurs nombreuses années d’expertises, les scientifiques de l’Irig [collaboration] ont été sollicités pour relever le défi de concevoir et développer un dispositif original, constitué par une seule chaîne cryogénique pour l’ensemble de tous les détecteurs.
Pour cela, les chercheurs sont parvenus à optimiser la production de froid grâce à l’introduction de nouveaux matériaux magnétocaloriques, comme l’YBGG (Ytterbium Gallium Garnet) ou le CPA (chrome potassium alum), qui changent de température sous l’effet de la variation du champ magnétique selon le principe de désaimantation adiabatique.
De plus, les chercheurs ont spécialement développé le système de réfrigération dont les deux derniers étages
doivent être maintenus à de très basses températures de 0.35 k et 0.1 K respectivement.
Pour l’étage à 0.35 K, les caractéristiques de chacun des composants ont été contrôlées, puis ces derniers ont été minutieusement assemblés pour former un ensemble intégrable très compact qui fonctionne parfaitement. Il s’agira de relever les différentes capacités de réfrigération grâce à de prochaines mesures.
Pour le dernier étage à 0.1 K, un interrupteur thermique supraconducteur performant a été réalisé et installé. Son fonctionnement a été validé par des tests montrant qu'il a permis d’atteindre le facteur de coupure nécessaire à l'efficacité souhaitée du cryoréfrigérateur.
Le travail d’architecture d’ensemble des différents composants thermiques est mené en parallèle des développements technologiques afin de proposer les meilleurs couplages entre les différents sous-systèmes.
Le lancement du satellite est annoncé pour 2032, dans la suite du satellite Planck en 2009. Le budget est estimé à 500 M€, ce qui est comparable aux missions de l’ESA. L’ensemble des équipes contribuant au projet LiteBIRD établissent des rapports d’étude pour estimer la faisabilité du projet fin 2023. Le modèle d’ingénierie du réfrigérateur et des liens thermiques seront livrés en 2025, puis les modèles de vol en 2029.
Credit JAXA / LiteBIRD
Collaboration : Le projet est mené par l’agence spatiale japonaise JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) responsable du satellite et du télescope basses fréquences (LFT). Le télescope moyennes et hautes fréquences (MHFT) est quant à lui européen, sous la responsabilité du CNES. Le Canada et les Etats Unis sont impliqués sur les deux projets au niveau des détecteurs.