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A la rencontre de l’équipe des opérations scientifiques de CHEOPS

Pour assurer le bon déroulement de la mission CHEOPS une fois le satellite en orbite, les opérations ont été divisées en deux parties : les opérations scientifiques en Suisse avec le Centre d’opérations scientifiques (SOC) à Genève et l’équipe des instruments à Berne, et le Centre d’opérations de la mission (MOC) à Torrejón, en Espagne, qui est chargé de la communication avec le satellite et de la santé de l’engin spatial. La direction générale de la mission est assurée par Christopher Broeg le responsable de mission à Berne.

L’équipe du SOC doit non seulement planifier les observations et calculer le pointage de l’engin spatial, mais elle doit aussi recevoir les données de télémétrie, générer des fichiers d’images contenant le flux de l’étoile observée, puis extraire une courbe de lumière des images dans un processus connu sous le nom de réduction des données.  Les données doivent ensuite être archivées et mises à la disposition de la communauté scientifique.  En outre, l’instrument doit être constamment surveillé et les observations optimisées. Mais qui sont les membres de l’équipe des Operations Scientifiques travaillant en Suisse et quelles sont leurs responsabilités ?

L’équipe du SOC à Genève

La direction de l’équipe de Genève est placée sous la responsabilité de Mathias Beck, qui est également responsable de la résolution des problèmes techniques et des tâches administratives, tels que la planification des activités techniques, la rédaction des rapports, le financement et les vacances. Il a des contacts réguliers avec le Space Debris Office de l’ESA, comme par exemple lorsqu’il y a une alerte concernant une éventuelle collision avec des débris flottant dans l’espace. Le Space Debris Office émet un avis et c’est le consortium, sous la direction du chef de mission, qui prend la décision de déplacer ou non le satellite. Mathias Beck, physicien de formation, connaît bien toutes les contraintes et les problèmes liés à l’utilisation et à la maintenance d’un satellite scientifique.

Après avoir travaillé au CERN pendant 5 ans pour obtenir un doctorat en physique expérimentale des particules de l’Université de Heidelberg et une courte incursion dans l’industrie, il a été engagé en 1999 pour la mission spatiale INTEGRAL et en 2007 pour la mission Gaia au Département d’Astronomie de l’Université de Genève, dont il est devenu le responsable informatique pendant 3 ans. C’est donc tout naturellement que Didier Queloz et Willy Benz lui ont confié la responsabilité du SOC à Genève et de la coordination des développements entre le SOC et le MOC. L’équipe dont il a la charge est désormais composée de Nicolas Billot, Anja Bekkelien et David Fuytan à Genève.

En tant que responsable scientifique de l’exploitation du satellite Nicolas Billot conçoit le planning hebdomadaire des observations. Il doit faire face à trois sources de requête : celle des astronomes qui demandent des observations, celle de la responsable scientifique de l’instrument qui est chargée de surveiller la santé de l’appareil, et celle du MOC qui gère la communication avec le satellite. Chaque lundi, il collecte les données de ces trois sources, les optimise et génère une séquence d’activités que le satellite réalisera de manière autonome pour la semaine à venir. Ce planning est optimisé sur les 4 mois suivants et le cycle se répète chaque semaine. Les fichiers de programmation doivent parfois être modifiés à la demande, par exemple si des chercheurs ont demandé d’augmenter la taille des images prises à bord pour améliorer la qualité des observations. Ce type de modification ne peut se faire qu’à la main, et c’est le seul moyen. “C’est assez stressant, tant qu’on ne fait pas d’erreur, tout se passe bien. Personne ne remarque que tout fonctionne comme prévu, mais s’il y a un problème, tout le monde le voit”, explique Nicolas, ” cela ne s’arrête jamais, ce cycle hebdomadaire se répétera pendant toute la durée de la mission “. Pendant les vacances ou les congés maladie, c’est Mathias qui prend le relais, « il peut tout faire assure Nicolas Billot ».

Après avoir obtenu une maîtrise de physique à l’Université d’Edimbourg et un doctorat en astrophysique sur la formation des étoiles et le milieu interstellaire à l’Université de Paris XI, Nicolas Billot a travaillé comme responsable scientifique d’instrument sur la mission Herschel à la NASA et comme planificateur sur le radiotélescope IRAM dans la Sierra Nevada. Il est donc familier avec les exigences de l’espace et de la conception d’un programme d’observation.

Comme pour tout instrument scientifique, il peut y avoir des problèmes dans le traitement des données : un bug, une image mal prise, une erreur de transmission. Anja Bekkelien a rejoint l’équipe en 2014 pour développer et tester le système de traitement et d’archivage des données au SOC. Aujourd’hui, elle consacre une grande partie de son temps à des tâches plus opérationnelles, comme le filtrage des données, et le suivi des problèmes rencontrés dans le traitement et l’archivage des données CHEOPS.

Après être arrivée en Suisse en tant qu’étudiante pour effectuer un stage au CERN, Anja a travaillé pendant quelques années au département informatique de ce dernier. Attirée par la vie à Genève, elle s’est inscrite à l’Université de Genève où elle a obtenu un master.

Avant d’envoyer CHEOPS dans l’espace, il était nécessaire d’avoir une idée de son comportement, le meilleur moyen était donc de construire un simulateur du comportement de l’instrument. David Futyan a été chargé de développer CHEOPSim pour fournir des simulations détaillées des données reçues de CHEOPS. Ces simulations ont été ensuite utilisées pour tester le logiciel de traitement des données, pour comprendre la réponse du détecteur et pour évaluer les performances photométriques.  Depuis le lancement du satellite, David a travaillé au sein de l’équipe SOC pour assurer le bon déroulement du traitement des données en se concentrant sur l’identification et l’analyse des anomalies. Il a également participé à l’amélioration de l’algorithme de planification des observations afin d’augmenter la fraction de temps pendant laquelle le télescope est en observation active.

David est titulaire d’un doctorat en physique expérimentale des particules de l’Université de Manchester et a passé 14 ans au CERN, dont la majeure partie a été consacrée à la recherche du boson de Higgs. Il s’est toujours intéressé à l’astronomie et a été très heureux d’avoir l’occasion de participer à une mission astronomique, passant de l’étude du très petit au très grand.

L’équipe “instrument” à Berne

Pour pouvoir recevoir, réduire ou analyser les données et ensuite faire de la science, il est impératif que le satellite fonctionne normalement et comme prévu.

Andrea Fortier est la scientifique chargée de l’instrumentation et responsable de maintenir les réponses du télescope dans les limites des spécifications fixées au départ. Basée à Berne, elle fait le lien entre les scientifiques qui ont leurs exigences et les techniciens qui trouvent les solutions. “Je suis donc bilingue”, sourit-elle, “je dois traduire et comprendre ce que les astronomes veulent dire aux techniciens et vice-versa”. Elle doit vérifier le niveau de bruit, la réponse du CCD, la PSF, etc. Selon Andrea, l’instrument fonctionne parfaitement et même mieux que prévu pour les étoiles brillantes (magnitudes entre 6 et 9). Elle a toutefois connu un moment de stress lorsque l’instrument a transmis un signal alors que la porte était encore fermée. La fenêtre percée dans la porte pour les tests a peut-être été bloquée par un matériel partiellement transparent, ce qui aurait permis à la lumière d’illuminer le détecteur là où il aurait dû être sombre.

Originaire d’Argentine, Andrea a fait sa thèse de doctorat à l’Université de La Plata, puis a obtenu un postdoc à Berne avec Yann Allibert dont le domaine de recherche était le même que le sien, à savoir la modélisation des planètes géantes. Lorsqu’on lui a proposé de travailler sur CHEOPS, Andrea a accepté, voyant dans ce changement de direction l’occasion de travailler sur quelque chose de plus concret tout en restant dans le domaine des exoplanètes.

Attila Simon est membre associé de l’équipe scientifique de CHEOPS. En tant qu’ingénieur support du logiciel, il développe du code en python pour analyser les données de CHEOPS qui sont utilisées pour contrôler la précision photométrique. Son rôle est de surveiller l’évolution du nombre de mauvais pixels et le niveau du courant d’obscurité du CCD qui peut être une source d’erreur photométrique. Ces mesures aident à définir le meilleur emplacement de l’étoile sur le CCD pour avoir la plus faible contribution de ces mauvais pixels. Attila étudie également la variation de la forme de la fonction d’étalement de l’étoile sur une longue échelle de temps.

Attila a obtenu son doctorat en astronomie à l’Université de Szeged en Hongrie en 2012 dans le domaine des exoplanètes, notamment celles avec des lunes. En 2014, en tant que boursier Sciex (programme d’échange scientifique), il a eu l’opportunité de travailler à l’Université de Berne sur la détectabilité de ces exoplanètes via CHEOPS. L’année suivante on lui a proposé de rejoindre le projet CHEOPS, et depuis, il fait officiellement partie de l’équipe CHEOPS.

Et enfin Christopher Broeg

Il a la responsabilité globale de la mission CHEOPS, une responsabilité qui a été transférée de l’ESA au consortium après le succès de la mise en service. Christopher est responsable de la sécurité du volet spatial et du fonctionnement nominal des volets spatial et terrestre afin d’optimiser les résultats scientifiques de la mission. Il préside les réunions hebdomadaires entre le SOC, le MOC et le représentant de l’ESA pour s’assurer que tout se déroule comme prévu. En tant que chef de projet, il codirige la mission CHEOPS avec l’ESA et est responsable de tous les éléments de mission fournis par le consortium. L’Université de Berne a notamment conçu et construit l’instrument, qu’il connaît donc parfaitement. L’une de ses tâches consiste à vérifier les données de maintenance de l’instrument pour s’assurer qu’il est en bonne santé. Il est également président du comité scientifique du projet où sont discutées les questions relatives à la qualité de la science et de la planification.

Après avoir obtenu son diplôme de physique à l’Université technique de Munich, Christopher Broeg a soutenu sa thèse de doctorat en physique et astronomie à Jéna. Il a commencé comme postdoc à Berne en 2007 en travaillant sur les modèles de formation des planètes géantes. En 2012, après la sélection de CHEOPS par l’ESA, il est devenu le chef de projet du consortium codirigeant la mission avec un chef de projet de l’ESA. Christopher a également été impliqué dans la conception et la construction de divers éléments des spectrographes ESPRESSO et NIRPS.

“Toute l’équipe CHEOPS en Suisse et en Espagne a fourni un effort remarquable pendant la pandémie”, explique Mathias Beck, qui assure que c’est grâce au haut niveau d’automatisation des opérations CHEOPS au SOC et au MOC qu’il n’y a pas eu d’interruption des observations scientifiques. « Mais ce qui manque le plus », conclut Nicolas Billot, « ce sont les rencontres avec les collègues et les discussions informelles qui font souvent émerger des idées et des solutions auxquelles on n’aurait pas forcément pensé seul devant un écran ».