L’entreprise participe à la recherche et au développement du projet FAST, le plus grand radiotélescope à antenne unique au monde
Mandatée par un institut de recherche de Pékin, FCTEL a participé au projet FAST, le plus grand radiotélescope à réflecteur unique au monde, en développant des dispositifs de conversion pour la transmission optique à haut débit des signaux électriques de divers capteurs, tels que les codeurs absolus multitours et les codeurs rotatifs, vers des salles blindées électromagnétiquement. Ces travaux ont permis de résoudre le problème persistant de distorsion des signaux après filtrage, avant l’entrée des signaux électriques des capteurs dans la salle blindée, ainsi que celui des décalages temporels d’horloge côté signaux électriques à haut débit après conversion optoélectrique dans les solutions classiques de transmission optoélectronique.
FCTEL se réjouit de pouvoir apporter une modeste contribution aux projets technologiques chinois de premier plan mondial, grâce à des années d’expérience accumulée en recherche et développement dans le domaine de la transmission optique.
Décryptage de FAST, le plus grand radiotélescope à réflecteur unique au monde (illustration de Mysterious Earth)
(Reportage de Mysterious Earth) Selon le Southern Metropolis Daily : « Attention : ne répondez pas ! Ne répondez pas ! Ne répondez pas ! Il y a des dizaines de millions d’étoiles dans votre direction. Si vous répondez, la source de la transmission sera localisée, votre système planétaire sera envahi et votre monde sera occupé ! Ne répondez pas ! Ne répondez pas ! Ne répondez pas ! » Il s’agit d’un message radio provenant d’une civilisation extraterrestre, reçu fortuitement par la « base de la Côte rouge », où est affectée l’héroïne du roman de science-fiction Le Problème à trois corps.
En réalité, une version de la « base de la Côte rouge » destinée à recevoir les ondes radio cosmiques est en construction dans la dépression de « Da Wodang », au village de Jinke, dans le bourg de Kedu, district de Pingtang, province du Guizhou. Le chantier du plus grand radiotélescope à réflecteur unique au monde, l’« Œil du ciel » (FAST), est désormais entré dans sa phase finale. Une fois achevé, ce radiotélescope sphérique de 500 mètres de diamètre disposera d’une surface de réception équivalente à 30 terrains de football.
Le 26 décembre 2015, Jiang Peng, ingénieur en chef adjoint de FAST et ingénieur en chef adjoint du système réflecteur, a présenté, lors de la conférence de vulgarisation scientifique 2015 au Planétarium de Pékin, la construction de l’« Œil du ciel » et les défis techniques surmontés au cours du chantier. Selon les informations rapportées, par rapport au télescope américain d’Arecibo, classé parmi les 10 plus grands projets humains du 20e siècle, les performances globales de l’« Œil du ciel » sont environ 10 fois supérieures, et l’ensemble du projet devrait être achevé d’ici septembre 2016.
Après le repérage de plus de 300 dépressions, le choix s’est finalement porté sur « Da Wo Dang », dans le Guizhou
Beaucoup peuvent se demander pourquoi l’« Œil du ciel » a été implanté dans la province du Guizhou, à la géologie complexe. Selon Jiang Peng, les scientifiques ont consacré plus de dix ans à trouver une « orbite » adaptée à l’« Œil du ciel ». Lors de la conférence de l’Union radio-scientifique internationale de 1993, des astronomes de dix pays, dont la Chine, ont proposé de construire une nouvelle génération de radiotélescopes géants, afin de remonter à l’Univers primordial et de répondre à de nombreuses questions difficiles en astronomie.
À la fin de 1995, le comité chinois de promotion du « Grand Radiotélescope » a proposé le concept du « projet Karst », qui consistait à utiliser une dépression karstique du Guizhou pour construire un réflecteur sphérique. Après plusieurs sélections successives, le comité a finalement trouvé « Da Wo Dang », dans le bourg de Kedu, district de Pingtang : une « orbite » profonde particulièrement adaptée au gigantesque « Œil du ciel ». En 2007, le projet a été officiellement approuvé et le site confirmé. En mars 2011, la construction de FAST a commencé dans le Guizhou.
Le choix du site a pris autant de temps parce que l’équipe du projet cherchait constamment à réduire au minimum le volume des excavations. Grâce à des recherches par satellite, les ingénieurs ont repéré plus de 300 dépressions à travers le pays. Après plusieurs phases de sélection, ils ont constaté que la dépression de « Da Wodang », dans le sud-est du Guizhou, était vaste et ronde, ce qui correspondait le mieux à la forme de FAST. De plus, son environnement calme et peu peuplé favorise la réduction des interférences électromagnétiques avec FAST. Compte tenu de tous ces facteurs, le choix de l’« orbite » s’est finalement arrêté sur « Da Wodang » en 2007.
Façonner une « grande marmite » de 500 mètres de diamètre sur un terrain complexe
Selon un principe de fonctionnement similaire à celui d’une antenne parabolique satellitaire classique, FA ST se compose de deux parties principales : la surface parabolique qui réfléchit les signaux et la source primaire qui les reçoit. La surface parabolique, communément appelée « parabole », concentre les signaux réfléchis en un point unique. Par sa forme, elle ressemble à un immense « plat ». La seule différence est qu’elle recueille les signaux envoyés par des « visiteurs venus de l’espace ».
Cette fois, le chantier se trouve dans une zone montagneuse accidentée. Comment façonner une « grande marmite » de 500 mètres de diamètre sur un terrain aussi complexe ? La question a véritablement donné du fil à retordre aux experts. Diverses équipes ont proposé des idées et des stratégies ; l’une des propositions consistait à utiliser une technique à éléments séparés, avec un réseau dense de supports rigides en dessous. Toutefois, c’est finalement la solution du « filet de câbles » qui a été retenue.
Selon le principe du « filet de câbles tendus », FAST peut, lorsqu’il fonctionne, suivre la rotation des corps célestes et effectuer le suivi et le balayage des sources radio. Les scientifiques commandent d’abord six câbles en acier pour déplacer la cabine de réception sur la surface de la calotte sphérique, d’un diamètre de 207 mètres et située à 140-180 mètres au-dessus du sol. Ensuite, 2,225 actionneurs tirent sur le filet de câbles pour ajuster les 4,450 panneaux réflecteurs qui y sont fixés et assurer la focalisation de FAST. Ainsi, FAST peut s’orienter librement, comme un œil humain. Lorsque les panneaux réflecteurs reçoivent des ondes électromagnétiques radio, ils concentrent les signaux cosmiques vers la cabine de réception.
L’assemblage des panneaux réflecteurs repose entièrement sur le travail en hauteur de l’équipe de construction.
Le 4 février de l’année dernière, la fabrication et l’installation du filet de câbles de FAST ont été achevées. Aujourd’hui, si vous avez l’occasion de visiter le chantier, vous pouvez voir un immense « filet de pêche » tissé à partir de plus de 6,000 câbles en acier. Mais Jiang Peng a souligné que, si ce grand filet est spectaculaire, sa réalisation n’a rien eu de facile.
Selon les informations disponibles, l’ensemble du filet de câbles comporte 2,225 nœuds, et sa portée d’installation est extrêmement importante. L’équipe de construction recourt au travail en hauteur pour lever chaque élément du filet de câbles et chaque panneau réflecteur, puis réalise l’assemblage après des mesures précises de positionnement. L’écart de contrôle de la forme de la surface doit rester dans une limite de 5 mm en valeur quadratique moyenne (RMS). Pour garantir la précision, les experts ont spécialement aménagé une salle à température constante pour fabriquer les câbles de tension.
Un problème plus important provient de la déformation des poteaux en acier sous l’effet des variations de température : un écart de 50 °C entraîne une variation de 300 millimètres. Jiang Peng a expliqué que, pour s’adapter au relief vallonné, les poteaux en acier soutenant la structure de la surface réfléchissante ont des hauteurs différentes. Afin d’éviter des déformations inégales, des appuis glissants sont ajoutés aux points de liaison entre les poutres annulaires et les poteaux en acier. Les poutres annulaires porteuses peuvent ainsi se dilater et se contracter librement sur les poteaux, ce qui rend leur déformation plus uniforme.
Cela revient à ménager une marge pour la déformation, avec un déplacement maximal pouvant atteindre 0.47 mètres. De cette manière, l’« Œil du ciel », relié à son « nerf optique », peut ajuster sa focalisation avec souplesse. Il convient de noter qu’en raison des déformations dues à leur propre poids et aux charges de vent, l’ouverture maximale des télescopes classiques entièrement orientables n’est généralement que de 100 mètres. Grâce à sa structure en filet de câbles, l’« Œil du ciel », d’une ouverture de 500 mètres, dépasse aisément la limite de 100 mètres. Il inaugure ainsi un nouveau modèle de construction de radiotélescopes géants et, une fois opérationnel, sa sensibilité sera 3.25 fois celle du plus grand radiotélescope au monde, celui de l’observatoire d’Arecibo, aux États-Unis.
Une fois achevé, l’« Œil du ciel » recherchera une vie extraterrestre intelligente.
Depuis sa conception jusqu’à aujourd’hui, le projet de l’« Œil du ciel », presque achevé, s’est étendu sur plus de 20 ans. Dans quels domaines démontrera-t-il ses capacités après sa mise en service ? Li Di, responsable scientifique du département de radioastronomie des Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences, a déclaré dans une interview que le principal domaine d’activité de l’« Œil du ciel » resterait l’astronomie : détection de signaux et de matière lointains dans l’Univers, étude de sujets allant de l’origine de l’Univers à la structure de la matière interstellaire, recherche de pulsars peu lumineux et d’autres sources radio faibles, et recherche efficace d’une vie extraterrestre intelligente.
Zheng Xiaonian, directeur adjoint exécutif du projet FAST et directeur adjoint des Observatoires astronomiques nationaux, a déclaré dans une interview que l’« Œil du ciel », une fois achevé, pourra effectuer des relevés de l’hydrogène neutre dans l’Univers, détecter des molécules interstellaires, observer des pulsars et rechercher des signaux de communication interstellaire. Grâce à ce grand œil perçant, l’humanité a franchi une nouvelle étape dans la recherche de civilisations extraterrestres.
Au début du mois de décembre de l’année dernière, Pierrick Martin, astrophysicien au Centre national de la recherche scientifique (CNRS), à Toulouse, en France, et à l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie, a découvert, à l’aide du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA, le premier pulsar gamma dans une autre galaxie, à 163,000 années-lumière de la Terre, établissant un nouveau record pour le pulsar gamma connu le plus lumineux.
La détection de pulsars extragalactiques est précisément l’un des objectifs fondateurs de FAST. Selon les calculs des Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences, le filet de câbles de l’« Œil du ciel » se déformera plus d’un million de fois environ, pour une durée de service de 30 ans. Li Di est très confiant quant aux performances futures de FAST : « Une fois achevé, FAST conservera un niveau de classe mondiale pendant les 20 prochaines années. »
Six tours de soutien de 100 mètres de haut
La commande de six câbles en acier permet de déplacer la cabine de réception sur la calotte sphérique de 207 mètres de diamètre, à une hauteur de 140–180 mètres au-dessus du sol.
La cabine de réception pèse environ 30 tonnes, y compris le châssis en étoile, la plateforme de Stewart, le capot de la cabine et les autres équipements.
Les 2,225 actionneurs tirent sur le filet de câbles et entraînent les 4,450 panneaux réflecteurs qui y sont fixés pour assurer la focalisation de l’« Œil du ciel »
Comment l’« Œil du ciel » se protège du vent, de la pluie et de la foudre
« L’“Œil du ciel” est construit dans un “tiankeng” du Guizhou. Comment une structure aussi gigantesque se protège-t-elle du vent, de la pluie et de la foudre ? »
Les scientifiques avaient déjà pris en compte les précipitations lors du choix du site. Jiang Peng a indiqué que le choix du Guizhou pour l’« orbite » ne reposait pas uniquement sur la conformité de sa forme aux exigences. La partie la plus complexe vient ensuite : pendant la phase de reconnaissance sur le terrain, l’équipe du projet doit procéder à une évaluation géologique approfondie de la dépression.
« L’ensemble de la dépression comporte au moins 600 trous ; elle est pratiquement devenue une passoire géante. » Le réseau bien développé de rivières souterraines propre aux reliefs karstiques, associé aux nombreuses grottes, a réservé une agréable surprise : il offre à l’« Œil du ciel » un drainage naturel. Dès qu’il pleut, l’eau s’infiltre rapidement dans le sous-sol, ce qui empêche son accumulation sur le site du télescope et évite d’endommager les équipements électroniques.
En décembre de l’année dernière, l’installation des panneaux réflecteurs avait dépassé la moitié de son avancement, et l’« Œil du ciel » commençait à prendre forme : une immense vallée était remplie d’un « filet » hémisphérique tissé de câbles en acier, dont environ la moitié était recouverte de panneaux réflecteurs argentés. Entouré de montagnes verdoyantes, l’ensemble ressemblait à un miroir éblouissant.
Jiang Peng a souligné qu’en observant de près les panneaux du réflecteur actif en alliage d’aluminium, apparemment lisses, on constate qu’ils sont en réalité percés d’innombrables trous. Ces petits trous très rapprochés sont conçus pour réduire les charges de vent et atténuer ainsi l’effet de vents dépassant 4-5 mètres par seconde sur les travaux de détection de « Tianyan ».
Par ailleurs, ces trous améliorent aussi la transmission de la lumière, ce qui permet aux plantes de pousser au niveau de la surface de l’antenne et prévient l’érosion des sols. « La conservation des sols et de l’eau est très importante ; sinon, lorsque l’érosion devient grave, les zones basses se transforment en mares de boue dès qu’il pleut », a déclaré Jiang Peng. Il a précisé que, si la végétalisation est bénéfique, les plantes grimpantes envahissantes peuvent également perturber les travaux de détection si elles recouvrent les panneaux réflecteurs. Actuellement, l’équipe du projet élimine régulièrement la végétation envahissante avec les ouvriers.
En outre, les conditions climatiques locales difficiles du Guizhou préoccupent de nombreuses personnes. L’« Œil du ciel » peut-il résister aux pluies extrêmes, à la neige, à la grêle et aux orages ? À ce sujet, Jiang Peng a indiqué que les dispositions correspondantes avaient été prises. Par exemple, pour se protéger de la foudre, tous les équipements métalliques sont reliés à la terre en un ensemble commun, de sorte que toute décharge de foudre puisse être rapidement dissipée. « De plus, d’après l’expérience, les phénomènes météorologiques extrêmes ne représentent qu’une très faible partie de l’année, généralement environ 10 jours ; leur impact ne sera donc pas trop important. »
Les radiotélescopes d’hier à aujourd’hui
Les télescopes astronomiques ont évolué de petites vers de grandes ouvertures et de courtes vers de grandes longueurs d’onde. Actuellement, leur développement suit principalement deux directions : « aller dans l’espace » et « occuper le terrain ». En raison de l’influence de l’atmosphère terrestre, la plupart des rayonnements ultraviolets de courte longueur d’onde et des rayons X ne peuvent pas être observés depuis le sol ; il faut donc envoyer des télescopes dans l’espace à l’aide des technologies spatiales. Le télescope Kepler et le télescope spatial Hubble en sont des exemples. L’expression « occuper le terrain » désigne les télescopes au sol, comme le radiotélescope chinois FAST, actuellement en construction.
En tant que catégorie de télescopes astronomiques, les radiotélescopes témoignent eux aussi, par leur développement, des progrès de l’humanité dans l’exploration de l’Univers. Ce n’est qu’en 1873, avec la publication du Traité d’électricité et de magnétisme de Maxwell, qui exposait de manière systématique et exhaustive la théorie des champs électromagnétiques, que l’on a soudain compris que la lumière était elle aussi une onde électromagnétique et que la lumière visible n’occupait qu’une très petite partie du vaste spectre électromagnétique.
Au début du 20e siècle, en mesurant l’altitude de l’ionosphère terrestre, les scientifiques ont découvert que les ondes électromagnétiques de longueur d’onde inférieure à 60 mètres traversaient l’ionosphère sans pratiquement aucun retour. Ce phénomène a stimulé l’imagination des chercheurs : puisque les ondes électromagnétiques de longueur d’onde inférieure à 60 mètres peuvent se propager de la Terre vers l’espace sans obstacle, des ondes similaires provenant de l’espace pourraient, à l’inverse, traverser l’atmosphère et atteindre la Terre.
Ainsi s’est ouverte l’ère de l’observation humaine des ondes radio cosmiques. En 1931, les laboratoires Bell, aux États-Unis, ont capté des ondes radio provenant du centre de la Voie lactée à l’aide d’un réseau d’antennes. La radioastronomie était officiellement née. Au cours des décennies suivantes, les pulsars, les quasars, le fond diffus cosmologique et les molécules organiques interstellaires ont été successivement « révélés ».
Au cours des plus de 80 ans écoulés depuis leur naissance, les radiotélescopes eux-mêmes ont connu un développement rapide. En 1955, le Royaume-Uni a construit le radiotélescope orientable Lovell, de 76 mètres de diamètre, à l’observatoire de Jodrell Bank, à Manchester. En 1972, le télescope de Bonn, en Allemagne, alors le plus grand radiotélescope entièrement orientable au monde, a été achevé, avec une antenne parabolique atteignant 100 mètres de diamètre.
En 1963, le radiotélescope d’Arecibo a été achevé sur l’île de Porto Rico, en Amérique centrale, avec un diamètre initial de 305 mètres, porté ultérieurement à 350 mètres. Malgré son âge, Arecibo reste le plus grand radiotélescope à réflecteur unique jamais construit au monde.
En 1974, pour célébrer l’achèvement de sa modernisation, le télescope d’Arecibo a envoyé un signal composé de 1,679 chiffres binaires vers l’amas globulaire M13, situé à 25,000 années-lumière de la Terre. Ce signal est connu sous le nom de message d’Arecibo. Au bas du motif figurait également une icône de « cuiseur solaire », illustrant la manière dont les humains reçoivent et transmettent les signaux radio.
Actuellement, outre le projet chinois FAST, l’« Œil du ciel », en cours de réalisation, le projet SKA, dont le nom complet est « Square Kilometre Array Radio Telescope », devrait démarrer dans deux ans. Dai Shi, jeune astronome diplômé du département d’astronomie de l’Université de Pékin, qui mène actuellement des recherches postdoctorales à l’Institut d’astronomie et des sciences spatiales (CASS) de l’Organisation australienne pour la recherche scientifique et industrielle du Commonwealth, est membre du projet SKA.
Selon lui, le SKA sera constitué de milliers d’antennes plus petites construites en Australie et en Afrique du Sud. Sa mise en service est prévue vers 2030, et il devrait devenir le plus grand télescope de l’histoire de l’humanité.
