L'Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge (SOFIA) est un Boeing 747 SP aménagé pour embarquer un télescope infrarouge de 2,7 mètres, ce qui en fait le seul observatoire aéroporté au monde. Cet avion de recherche de pointe permet aux scientifiques d'observer le spectre infrarouge de la lumière (visible en partie seulement au niveau du sol) lorsque SOFIA vole à son altitude de croisière dans la stratosphère. Ce télescope a été développé conjointement par le Centre d'études spatiales allemand (DLR) et la NASA.
L'exploitation scientifique de SOFIA est coordonnée par le Deutsches SOFIA Institut (DSI), basé à l'Université de Stuttgart, et l'Universities Space Research Association (USRA), basée aux États-Unis. La conception et la fabrication du télescope sont l'œuvre d'un consortium d'industriels allemands, pour le compte du DLR. Les systèmes d'isolation vibratoire et rotationnelle, les caméras d'observation et l'interface télescope/système de repérage ont été développés par le DSI. La NASA, quant à elle, était chargée de la modification de l'avion de ligne, de l'installation du télescope, des essais en vol et des opérations. SOFIA offre un avantage crucial par rapport aux télescopes terrestres : les astronomes peuvent positionner l'observatoire à des endroits précis permettant l'observation d'événements célestes rares (des occultations, par exemple), que ce soit dans l'hémisphère nord ou sud, et ce, à partir du même groupe d'instruments.
La lumière infrarouge émise par les objets dans l'espace (sujet d'intérêt particulier pour les scientifiques) n'est que partiellement visible depuis le sol, notamment en raison du blocage des rayonnements infrarouges par la vapeur d'eau de l'atmosphère. À partir de 13 kilomètres d'altitude dans la stratosphère cependant, rien ou presque n'entrave l'observation d'objets astronomiques dans le spectre infrarouge.
Selon le Dr Dörte Mehlert de l'Université de Stuttgart, le DSI a conçu une grande partie des systèmes du télescope SOFIA en collaborant avec des étudiants diplômés et des doctorants de l'université. Afin de faciliter l'effort de collaboration et de développement, l'équipe devait adopter une seule et même plate-forme de conception 3D. Le DSI a choisi le logiciel SOLIDWORKS® Research Edition pour sa grande facilité d'utilisation, pour ses outils de simulation SOLIDWORKS intégrés dont les concepteurs ont besoin ainsi que pour sa grande popularité parmi les participants au projet.
« La majeure partie de nos partenaires industriels utilisent SOLIDWORKS, et c'est principalement pour cette raison que nous avons opté pour ce logiciel », explique Yannick Lammen, doctorant en ingénierie mécanique à l'université de Stuttgart et qui étudie les optimisations structurelles sur les systèmes d'isolation vibratoire et rotationnel du télescope. « Nous étions au moins deux, moi-même et un collègue, à n'avoir jamais utilisé SOLIDWORKS auparavant, mais ce logiciel est si facile à utiliser que son apprentissage n'a pris qu'une semaine. »
SIMULER LES CONDITIONS DE LA STRATOSPHÈRE
L'équipe de développement de SOFIA a utilisé le logiciel de modélisation SOLIDWORKS pour concevoir les différents assemblages et composants indispensables à la stabilisation du télescope et des caméras d'observation pendant le vol. Cette équipe a également tiré profit des outils SOLIDWORKS Simulation pour valider et optimiser les performances des conceptions au sein de l'environnement d'exploitation particulièrement exigeant d'un avion volant dans la stratosphère.
« L'avion SOFIA se déplace et vibre constamment, et les systèmes du télescope doivent fonctionner sur de larges plages de températures et de pressions », explique Jan Drendel, étudiant diplômé en ingénierie mécanique à l'université de Stuttgart ayant travaillé sur l'interface entre les trois caméras d'observation/positionnement de l'avion et le télescope. « Le système est soumis, au sol, à la chaleur californienne et, une fois dans les airs, à une température stratosphérique avoisinant les -40 °C.
Les outils SOLIDWORKS Simulation m'ont permis de mener des études de contrainte statique linéaire et de dilatation thermique au niveau des composants de l'interface caméra/télescope », poursuit-il. « Dans les projets d'aérospatiale, le poids est un facteur clé : SOLIDWORKS Simulation m'a aidé à réduire la quantité de matériaux et le poids des composants grâce à une plus faible contrainte en service, mais aussi à consolider les pièces là où les contraintes sont fortes. »
