, désigné généralement par son abréviation HabEx, est un des quatre observatoires spatiaux que l'agence spatiale américaine, la NASA, envisage de développer au cours de la décennie 2025-2035. HabEx est proposé par une équipe pilotée par le Jet Propulsion Laboratory. Ce télescope est conçu pour permettre l'observation directe, dans un rayon de autour de notre étoile, des exoplanètes de toutes tailles et la caractérisation de leur atmosphère avec l'objectif de déterminer leur habitabilité. La méthode de détection utilisée permet d'identifier et de caractériser toutes les planètes d'un système solaire donné et ainsi d'amorcer une étude statistique débouchant sur une meilleure compréhension du processus de formation des étoiles et de leurs planètes.

Dans la configuration répondant à l'ensemble des objectifs, le télescope dispose d'un miroir primaire monolithique de de diamètre. Pour pouvoir observer les exoplanètes, le télescope disposera dans sa configuration la plus complète de deux types de coronographe : un coronographe interne et un coronographe externe (starshade) de de diamètre qui sera installé sur un satellite situé à du télescope. Ce dispositif constituera une première dans le domaine spatial. Pour réduire les coûts et les risques, deux configurations dégradées sont proposées : une version sans coronographe externe et une version avec un miroir primaire de et sans coronographe interne. Le télescope serait lancé vers 2039 en deux étapes - le télescope proprement dit (lanceur ) et le coronographe externe (Falcon Heavy - puis placé en orbite autour du . La durée de la mission primaire est de et l'engin spatial emporte de consommables.

Fin 2022 la NASA décide de suivre les recommandations du rapport décennal de l'Académie des sciences des États-Unis relatif à l'astronomie et à l'astrophysique et choisi un projet plus modeste (miroir de 6,5 à pour un cout de de dollars) combinant les caractéristiques de LUVOIR avec certaines des caractéristiques du projet HabEx. Le nouveau télescope, baptisé HWO, devrait être lancé vers 2040 s'il obtient un financement.

Contexte

Définition des projets prioritaires en astrophysique pour la décennie 2025-2035

Dans les domaines scientifiques, la NASA choisit les projets qu'elle compte développer en s'appuyant sur un rapport établi chaque décennie. Le rapport relatif à l'astronomie et à l'astrophysique (), publié en 2020 définit les axes prioritaires dans ces domaines pour la décennie 2025-2035. Dans ce contexte la NASA a financé l'étude de quatre projets d'observatoire spatial par des équipes comprenant des membres de l'agence spatiale, des chercheurs extérieurs et de représentants de l'industrie. Ces projets sont : LUVOIR, HabEx, Lynx et OST ().

Les principales caractéristiques de ces projets étudiés sont les suivantes : LUVOIR () est un télescope spatial observant en ultraviolet, visible et proche infrarouge. Il dispose d'un miroir primaire de ou . L'architecture est proche de celle de JWST avec un miroir segmenté et envoyé dans l'espace en position repliée ainsi qu'un grand bouclier thermique. HabEx () détaillé ci-dessous. Lynx () doit observer le rayonnement X émis par les phénomènes les plus énergétiques de l'univers en particulier les trous noirs supermassifs au cœur des galaxies. L'objectif est de disposer d'une résolution spatiale de d'arc soit 50 à mieux que les observatoires existants. OST () proposé par une équipe emmenée par le Centre de vol spatial Goddard, est équipé d'un miroir primaire de de diamètre, observera les parties les plus éloignées de l'Univers dans l'infrarouge lointain (8 à ). Pour y parvenir, le télescope doit utiliser des détecteurs particulièrement performants, l'aspect le plus pointu du projet. Son miroir doit être refroidi à et ses détecteurs à à l'aide de cryoréfrigérateur permettant de se passer de consommables qui limiteraient la durée de vie.

L'impact des dépassements des projets JWST et WFIRST

Lorsque la NASA demande initialement en 2016 aux quatre équipes de détailler leur projet, il leur est donné pour consigne de ne prendre en compte aucune limite de coût. De ce fait, plusieurs projets dépassent les de dollars, le projet le plus coûteux atteignant de dollars. Mais en 2018, les deux grands projets astronomiques de la NASA en cours de développement rencontrent des problèmes qui vont avoir des retombées sur ces propositions : le télescope infrarouge JWST continue de subir des dépassements budgétaires (coût multiplié par huit depuis l'origine et dépassant les de dollars) et calendaires (décalage du calendrier de ) tandis que WFIRST voit également son coût doubler, passant de 2 à de dollars en 2018. Dans ce contexte, la NASA demande en aux quatre équipes de proposer deux versions de leur projet : la première version ne tient pas compte des contraintes de budget tandis que la seconde doit rentrer dans une enveloppe comprise entre trois et cinq milliards de dollars. Les quatre études sont finalisées au cours de l'été 2019. Il est prévu que leur contenu soit pris en compte par le rapport décennal de la NASA fixant les priorités pour la décennie 2025-2035 qui sera publié au printemps 2020. Ce dernier, qui synthétise les attentes de la communauté des astronomes et astrophysiciens, pourrait recommander un projet mais il pourrait également, renoncer au développement de ces télescopes de grande taille pour ne pas retomber dans les errements du projet JWST.

Objectifs de la mission

HabEx est un télescope optique disposant d'un miroir primaire de de diamètre produisant des images et des spectres dans l'ultraviolet, en lumière visible et en proche infrarouge. Il reprend en les améliorant les capacités du télescope spatial Hubble.

Les objectifs scientifiques du télescope HabEx sont les suivants: L'objectif principal est de réaliser des images directes et des spectres d'exoplanètes habitables gravitant autour d'étoiles aux caractéristiques proches de notre Soleil (étoiles de type F, G et K) situées à moins de () de notre système solaire. Durant sa mission primaire de , HabEx détectera et examinera plusieurs douzaines d'exoplanètes rocheuses dont environ huit mondes similaires à la Terre en déterminant leur orbite et leurs spectres dans les longueurs d'onde 0,1-. Au cours de cette période, HabEx doit également caractériser plus d'une centaine de planètes de taille plus importante. À l'aide de son coronographe et en effectuant six observations distinctes, le télescope pourra mesurer l'orbite de la planète (distance à son étoile, excentricité, inclinaison orbitale) avec une précision de quelques pour cent près et ainsi déterminer si celle-ci se trouve dans la zone habitable de l'étoile. Les spectromètres embarqués permettront de déterminer la présence de vapeur d'eau, d'oxygène moléculaire et d'ozone à partir du moment ou la quantité présente est supérieure à 1% de la densité observée sur Terre ainsi que la présence d'autres gaz comme le méthane ou le dioxyde de carbone. Grâce à la méthode de l'observation directe qui ne dépend ni de la période orbitale de l'exoplanète ni du rapport de masse avec son étoile, HabEx est le premier observatoire capable d'effectuer un inventaire quasi complet des planètes autour d'une étoile. HabEx pourra ainsi dresser le portrait des systèmes solaires proches, qu'ils soient similaires au nôtre ou très différents et composés des super-Terres ou de mini-Neptunes. Les instruments devraient permettre de déterminer le spectre de toutes les planètes plus brillantes que la Terre. Les données collectées permettront de dresser un premier catalogue des différents types de système solaire et de fournir de nouveaux éléments sur la formation des systèmes planétaires, la migration planétaire et le rôle des géantes gazeuses dans la fourniture aux planètes rocheuses. HabEx permettra également de tester les théories sur la diversité planétaire, d'étudier les interactions entre les planètes et le disque protoplanétaire et pour la première fois de replacer la formation de notre système solaire dans un contexte plus général. Le miroir primaire de grande taille () permettra à HabEx de produire les meilleures images disponibles (en termes de résolution spatiale) dans la décennie 2030 dans le domaine optique et ultraviolet. Cette capacité permettra de mener des recherches galactiques et extragalactiques.

Caractéristiques techniques

Le télescope dans sa configuration de base a une masse d'environ dont pour la plateforme, d'ergols et pour la charge utile (optique et instruments scientifiques).

L'énergie est fournie par des panneaux solaires constitués de cellules solaires GaAs triple jonction qui doivent fournir pour alimenter le système de régulation thermique (le plus gros consommateur avec watts) et les instruments scientifiques (45-) tout en prenant en compte la dégradation des cellules durant les de la mission. Les panneaux solaires sont fixes et solidaires du télescope. Ils sont placés le long du tube de l'optique et sur la face arrière du télescope. Leur surface devrait être d'environ compte tenu d'un rendement de 29,5 % et d'une incidence du rayonnement solaire de 40 % par rapport à un axe perpendiculaire aux panneaux. Deux batteries lithium-ion stockent l'énergie avec capacité de .

La propulsion est prise en charge par deux systèmes. Le système primaire utilise des moteurs-fusées à ergols liquides mono-ergol. Il y a un moteur-fusée principal d'une poussée de de poussée, quatre moteurs de . qui servent à contrôler la direction lorsque le moteur principal fonctionne et propulseurs pour le contrôle d'attitude. HabEx emporte d'hydrazine qui sont utilisés pour les manœuvres principales permettant au télescope de rejoindre sa position, pour la maintenance de l'orbite et pour les corrections d'attitude. Le deuxième système est constitué de huit micro-propulseurs colloïdaux (poussée de l'ordre de qui fonctionneront en permanence pour compenser principalement la poussée des photons solaires. Ces propulseurs seront fournis par l'Agence spatiale européenne qui les a déjà utilisés dans un contexte identique pour le satellite expérimental LISA Pathfinder. Ces micro-propulseurs permettent au système de contrôle d'attitude de fonctionner sans avoir recours à des roues de réaction génératrices de vibration.

Le système de télécommunications comprend un émetteur-récepteur permettant au télescope spatial de communiquer en bande S avec le coronographe externe avec un débit de par seconde via une antenne patch et un système permettant d'échanger avec la Terre les données scientifiques sans interrompre les observations en cours. Les échanges des données se font en bande Ka via deux antennes à balayage électronique fixées de part et d'autre du tube optique. Ce choix d'antenne permet de diriger les émissions radio vers la Terre sans dispositif mécanique susceptible de générer des vibrations. Deux antennes à faible gain assurent une couverture quasi complète du ciel sont utilisées en pour le transfert des commandes et des télémesures. Le débit des échanges est de /secondes en bande Ka et de par seconde en .

Partie optique