Inspirat de numele astronomului Frederick William Herschel (1738-1822), cel care a devenit celebru prin descoperirea lui Uranus, satelitul destinat studiului originilor si evolutiei stelelor si galaxiilor va purta in spatiu cel mai mare telescop Cassegrain utilizat vreodata in spatiu. Misiunea a fost aprobata in noiembrie 1993 sub numele de First ca parte a planului stiintific pe termen lung al ESA, devenind ulterior Herschel. Oglinda principala, cu un diametru de 3.5 m, va fi de 4 ori mai mare decat predecesoarele telescoape in infrarosu si de 1.5 ori mai mare decat cea a lui Hubble, reusind sa capteze de 12 ori mai multa radiatie luminoasa decat telescopul ISO, din a carui misiune a fost inspirit, sperandu-se ca va revolutiona domeniul observatiilor in infrarosu si va oferi comunitatii stiintifice internationale noi puncte de studiu pentru astrofizica fundamentala.

Prin observatii in banda 60-670 µm va completa masuratorile facute de celelalte observatoare astronomice cu privire la radiatia “rece” din Univers produsa de praful si gazul interstelar, stele reci, nuclei ai unor galaxii indepartate etc.

Herschel nu este ceea ce in mod curent se numeste un “sky mapper” sau “wide view surveyor” asa cum este ultima platforma lansata in spatiu de NASA- telescopul Wise, ci mai degraba un investigator punctual pentru astronomi.

Herschel este un satelit masiv, cu o lungime de 7.5 m, un diametru de 4 m si o greutate de 3.4 tone construit in jurul unui modul de baza denumit SVM sau “service module” (comun cu Planck).

Herschel este un satelit stabilizat pe trei axe cu un sistem de control al atitudinii complex format din 12 motoare alimentate cu hidrazina ce produc fiecare 20N, roti volante de control, camere stelare, giroscoape si senzori solari, pozitia in zbor fiind in permanenta mentinuta gratie calculatorului ACMS.
Sistemul de producere al energiei este alimentat de panouri solare cu celule Ga-As in tripla jonctiune in suprafata totala de 12m2 si producand minim 1450W. Energia este la randul ei inmagazinata in baterii Li-ion cu capacitatea de 39Ah.

Sistemul de comunicatie cu solul contine 3 antene si este capabil sa furnizeze datele stiintifice la o rata de aproximativ 130kbps.

Platforma de baza care asigura sistemele vitale pentru buna functionare a satelitului este completata de platforma stiintifica (asa numitul “payload module”), rezultand in final un satelit de 7.5m lungime, 4m diametru si 3.4 tone greutate la lansare.

Punctul central al acesteia este telescopul, care deserveste toate cele 3 instrumente de stiinta de la bord si a carui oglinda este alcatuita din 12 straturi de carbura de silicon (SiC) ce formeaza un bloc monolitic prelucrat cu foarte mare acuratete (rugozitatea nu trebuie sa depaseasca 0.001 mm).
Carbura de silicon are o duritate si rigiditate ce-l fac foarte potrivit pentru constructia oglinzilor utilizate in tehnologia spatiala. Materialul si tehnologia de prelucrare alese au reusit sa indeplineasca conditiile de stres vibrational impuse de lansare si au redus substantial masa pana la 315kg.
Pe viitor singurul telescop care va intrece in marime oglinda lui Herschel va fi JWST (cu un diametru de aproximativ 6.5m), dar acesta va fi constituit din celule individuale grupate impreuna (prin urmare nu va fi un monobloc).
Oglinda secundara va fi mult mai redusa in dimensiuni-aproximativ 0.3m diametru.

Cele trei instrumente de bord care vor folosi telescopul vor fi:

- Heterodyne Instrument for Herschel (HIFI)
- Herschel Photo-conductor Array Camera and Spectrometer (PACS)
- Herschel Spectral and Photometric Imaging Receiver (SPIRE)

Protectia termica si fata de radiatia luminoasa va fi realizata pasiv printr-un scut de protectie extern si activ printr-un sistem foarte complex de racire folosind un asa numit “cryostat” si coolerele aferente, totul bazat pe folosirea a circa 2300 de litri de Heliu lichid mentinut la temperatura de -271.15 grade Celsius.

Pentru o buna calitate a observatiilor, planul focal al instrumentelor este racit folosind un sistem criogenic pe baza de heliu fluid care se evaporeaza continuu dar care prin recirculare intr-o retea spaciala de conducte amplasate in punctele cheie ale satelitului, mentine temperatura constanta in jurul valorii de zero absolut.
Heliul superfluid se evapora golind gradual rezervorul, dar asigura in acelasi timp o temperature constanta aproape de 0.3 Kelvin pentru perfecta functionare (fara perturbatii induse din exterior) a instrumentelor.

Cel de al doilea satelit a preluat numele fizicianului german Max Planck (1858-1947), una dintre cele mai proieminente figuri ale secolului trecut, laureat al premiului Nobel in 1918. Misiunea, numita initial Cobras/Samba (1994), a fost redenumita ulterior si proiectata ca o evolutie a satelitului american WMAP, urmand sa masoare ca si acesta anizotropiile din spatiul cosmic (asa numitul “cosmic microwave background”), dar la o rezolutie mult mai buna decat acesta. In acest fel, prin investigarea fluctuatiilor prezente in radiatia cosmica se va putea raspunde la unele din intrebarile fundamentale ale cosmologiei referitoare la Big Bang. Conform acestei teorii, Universul s-a creat in urma cu circa 13700 milioane de ani, atunci fiind intr-un stadiu mult mai dens si mai cald decat astazi (conform ultimelor modele avea 1000 milioane de grade Kelvin la 3 minute de la aparitia sa). In urma acestui proces de expansiune, temperatura Universului a scazut in mod constant pana sub valoarea de 10000K atunci cand s-a finalizat procesul de recombinare a ionilor - undeva la 380.000 de ani de la momentul T0, atunci cand se estimeaza ca Universul a atins o temperature medie de 3000K. Acesta este si momentul cand temperatura a permis luminii sa inceapa sa calatoreasca liber in mediul extern. Pana in zilele noastre, datorita continuei expansiuni, temperatura medie a acestei materii aflate in CMB a scazut substantial pana la valoarea de 2,7 K, ceea ce o face extreme de greu de detectat. Odata cu constatarea facuta de satelitul COBE si mai apoi WMAP cu privire la distributia neconstanta a temperaturii in spatiul extern s-a pus insa si problema constructiei unor instrumente mai performante care sa fie capabile sa detecteze pana si aceste mici variatii de temperature - iar Planck este rezultatul final al acestor cercetari. Va fi astfel posibil pentru prima data in istorie sa se efectueze o investigatie amanuntita asupra fenomenelor fizice ce au insotit momentul T0+380.000 ani. Planck va realiza masuratori la lungimi de unda de 1/10 ale radiatiei luminoase percepute de WMAP si la rezolutii unghiulare de 3 ori mai bune, rezultand o calitate de 15 ori mai buna a masuratorilor.

Aceste performante au un pret direct - satelitul este unul extrem de complex, ca si Herschel, cu dimensiunea de 4.2m lungime si 4.2m diametru si o masa totala la lansare de 1.95 tone.

Va fi o platforma stabilizata prin rotatie (1rpm) si va face uz de un sistem de 16 motoare: 12 mai mari furnizand 20N fiecare si 4 mai mici cu o forta de 1N fiecare. Tot sistemul va functiona folosind hidrazina drept combustibil. In tandem pentru determinarea orientarii in spatiu se vor folosi camere stelare si senzori solari.

Sistemul de producere a energiei va face uz de aceleasi celule solare Ga-As avand o suprafata totala de 13m2 si furnizand un minim de 1816W. Energia va fi inmagazinata in baterii Li-ion cu capacitatea de 39Ah.

Ca si in cazul lui Herschel, platforma de baza va sustine modulul stiintific (“payload module”) construit in jurul unui telescop in greutate de 205kg la care sunt conectate cele doua instrumente foarte sensibile:

-HFI (the high frequency instrument)
-LFI (the low frequency instrument)

al caror plan focal va fi racit pana la 0,1 Kelvin pentru a pastra rezolutia necesara masuratorilor. In acest fel se poate spune fara exagerare ca in interiorul satelitului vor fi unele din cele mai reci puncte din Univers. Cu atat mai semnificativ cu cat trebuie pastrat un echilibru intre aceste puncte reci si restul platformei a carui electronica are niste parametrii impusi pentru operare.

Cum radiatia CMB este de circa 1% din cea radiata de Pamant, telescopului i s-au impus conditii stricte de operare. El va fi protejat de un con de protectie (baffle) care va impiedica patrunderea directa a radiatiei luminoase (provenita fie de la Soare, Pamant sau Luna) in planul focal. Va fi compus dintr-o oglinda primara 1,9 x 1,5m si o oglinda secundara 1,1 x 1.0 m, ambele inclinate fata de axa principala a telescopului.

Cu investigatii in gama lungimilor de unda 350-10000µm si frecvente cuprinse intre 27-77Ghz (LFI) si 83-857 Ghz (HFI) Planck va realiza un numar impresionant de observatii care vor fi facute publice comunitatii stiintifice internationale.

credit ESA