Thermacore refroidit le plus grand télescope solaire du monde
By   |  June 06, 2014

Filament solaire capturé par le Solar Dynamics Observatory (SDO) de la NASA. Crédit : NASA/SDO/AIA/GSFC

Actuellement en construction sur l’île de Maui, dans le Pacifique, le Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), une “lunette” de 41,5 m de haut, sera le plus grand télescope solaire du monde. Une fois opérationnel, il nous offrira les vues de la surface du Soleil les plus précises jamais obtenues, permettant aux scientifiques d’en apprendre encore plus sur notre étoile et ses interactions avec la Terre. Le DKIST permettra également de comprendre les minuscules champs magnétiques très actifs qui contrôlent la température de la couronne solaire et déterminent le vent solaire d’où sont issues les éruptions et les émissions de rayons X. Enfin, sa mise en service devrait aboutir à une amélioration des prévisions de l’influence de ces “phénomènes météorologiques spatiaux” sur la planète.

Le télescope sera construit sur le sommet du volcan Haleakala, sur l’île de Maui, dans le Pacifique, un site choisi sur une liste de 72 possibilités après suivi des conditions météo sur une période de 2 ans. Haleakala dispose du ciel le plus sombre et le plus pur, et sa situation tropicale ainsi que son élévation permettent au télescope de se placer au-dessus de la couche d’inversion turbulente, afin que soient évitées ses turbulences qui brouilleraient sa vue ou l’humidité qui bloquerait le spectre infrarouge.

Au cœur du télescope se situe un énorme miroir primaire de 4 mètres. Cette taille, alliée à la technologie d’optique adaptative qui réduit la quantité de brouillard de l’atmosphère terrestre, produira des images 33 fois plus précises que celles des télescopes courants. La résolution du DKIST est comparable à celle des télescopes spatiaux, mais pour un coût nettement inférieur et une bien meilleure accessibilité. Ainsi, contrairement à un télescope spatial, il sera assez facile de l’améliorer pendant tout son cycle de vie.

La contrainte technique majeure à relever, propre aux télescopes solaires, réside dans la chaleur générée par la lumière du Soleil, très étroitement concentrée. Contrairement à la plupart des grands télescopes basés sur Terre, qu’on utilise la nuit pour capturer un petit nombre de photons provenant d’objets astronomiques lointains, le DKIST pointera en continu vers le Soleil, ce qui va l’amener à absorber de grandes quantités de lumière concentrée et d’énergie thermique.

Limiter les turbulences, qu'elles soient générées par des effets thermiques ou fluidiques, joue un rôle important dans la réduction du phénomène de vue autosuggérée.

Implémenter un limiteur thermique constitue donc une partie essentielle de la conception des télescopes solaires et représente l’un des défis les plus importants en matière d’ingénierie. Ce limiteur thermique remplit le rôle de ce que l’on appelle un “limiteur de champ” dans les télescopes conventionnels, rôle qui concrètement revient à limiter le champ de vision à la zone offrant le moins de distorsion. Situé sur la première focale, le limiteur thermique évite que les rayons non désirés du Soleil chauffent, et se répandent sur, les autres optiques. Dans le cas du DKIST, en plus de bloquer la lumière, il doit également dissiper une quantité considérable d’énergie. Cette charge, de l’ordre de 2,5 MW/m2, doit être réduite sur les optiques secondaires d’un énorme 12kW à un minuscule 300W (soit un facteur 40). Conçu par Thermacore, le limiteur est refroidi activement par un système interne d’échangeurs en mousse métallique capables de dissiper environ 1 700 W à la charge de travail maximale (voir notre encadré pour plus de détail sur les échangeurs thermiques en mousse métallique). Au final, le limiteur doit non seulement survivre à cette pression – sans refroidissement, la durée de vie de son réflecteur ne dépasserait pas 30 secondes – mais également rester suffisamment froid pour ne pas créer de turbulences à l’intérieur du dôme du télescope.

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