Développement d'un simulateur de performances pour le spectrographe NIRSpec du futur télescope spatial JWST

JWST / NIRSpec instrument performance simulator

• Auteur / Autrice : Xavier Gnata
• Direction : Pierre Ferruit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Télescopes spatiaux

Simulation par ordinateur

Optique de Fourier

Spectrographes

Résumé

Le futur télescope spatial JWST (James Webb Space Telescope) sera lancé en 2013. Conçupour observer dans l'infrarouge de 0. 6 à 27 μm, ce télescope sera équipé, entre autres instruments, du spectrographe multi-objets NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Dans cette thèse, nous modélisons et analysons les performances optiques de cet instrument développé par EADS/Astrium pour l'Agence Spatiale Européenne (ESA). Notre étude se concentre sur la qualité d'image, la distorsion et l'efficacité totale de NIRSpec. Ces calculs de performances reposent sur un code d'optique de Fourier développé durant cette thèse. Dans ce manuscrit, nous discutons les hypothèses et les limites de notre approche et nous présentons les résultats obtenus par l'étude de la distorsion et des effets de la diffraction. Ces résultats ont été utilisés pour vérifier des points clefs de la conception de NIRSpec. La complexité de NIRSpec nous a également amenés à développer un simulateur complet de l'optique et des détecteurs. Nous décrivons les algorithmes mis au point pour ces simulations ainsi que les éléments importants de leur implémentation (optimisation des temps de calculs). Les poses ainsi crées sont actuellement utilisées pour tester les futurs logiciels de traitement des données NIRSpec

The near-infrared multi-object spectrograph NIRSpec is one of the three science instruments onboard the future James Webb Space Telescope. It is developed by EADS/Astrium for the European Space Agency (ESA). NIRSpec will cover the 0. 6 to 5. 0 μm wavelength range and will be able to obtain simultaneous spectra of more than 100 objects in a 9 square arcminute field of view, thanks to an array of micro-shutters. An accurate modeling of the instrument has been performed to obtain realistic estimates of NIRSpec expected performances and to check that the science goals could be achieved. Such a model has also been used to define and validate the operation and calibration scenarios and,on the long run, to develop and test the data reduction software. This model is based on an end-to-end (from the sky to the detectors) Fourier-optics model of the instrument taking into account both geometrical aberrations and diffraction. In this manuscript, we discuss both the hypothesis and the limitations of such a Fourier Optics model. Our study is then focused on NIRSpec image quality, distortion and overall efficiency. In the last sections, we describe the algorithms designed and implemented to compute realistic fake exposures. These exposures are currently used to test NIRSpec exposures data processing software