27 Avril 2023

Segment Sol

Au cours de sa vie, la mission Euclid va fournir une quantité de données sans précédent pour une mission spatiale : environ 850 Gbit de données compressées par jour. Une compression sans perte sera appliquée, avec des taux de compression de l'ordre de 2 à 3. Ce flot de données sera géré par le segment sol Euclid.

Le concept du segment sol Euclid maximise le partage et la réutilisation de la main d'œuvre, des moyens et outils des missions de la famille des Sciences d'Observatoires. Le satellite sera autonome pendant la plupart des phases de recette et d'opérations routinières.

Segment Sol Opérations (OGS – Operations Ground Segment)

Toutes les communications de télémesures de contrôle, télécommandes et maintenance avec Euclid seront réalisées en bande X (8.0-8.4 GHz). La bande K (25.5-27 GHz) sera utilisée pour la transmission des données scientifiques. Le réseau de station sol pour Euclid pendant la phase de lancement et les premières opérations (Launch and Early Operations Phase : LEOP) sera composé de l'antenne de 15 mètres de Kourou et des antennes de 35 mètres de New Norcia et Cebreros (pour l'antenne de Cebreros, en combinaison avec l'antenne de 15 mètres de Mas Palomas). Ce réseau fournit une couverture de quasiment 24 heures au satellite pendant cette période critique.

Pour toutes les phases suivantes, La station sol de Cebreros, avec son antenne de 35 m mise à jour pour le téléchargement en bande K, sera utilisée pour toutes les communications avec Euclid. La durée journalière de communication sera de 4 heures.

Le Centre d'Opérations Mission (Mission Operations Centre : MOC), en charge des opérations en vol, sera installé au Centre ESOC de l'ESA (European Space Operations Centre : ESOC) à Darmstadt, Allemagne, et sera fondé sur une extension de la structure de la composante sol existante, personnalisée pour répondre aux besoins spécifiques de cette mission, appelée Euclid OGS (Operations Ground Segment). Le MOC opèrera le satellite et fournira les données scientifiques brutes au Segment Sol Scientifique.

Segment Sol Scientifique (SGS – Sciences Ground Segment)

Le segment sol scientifique est une combinaison de 2 entités indépendantes partagées entre l’ESA et le consortium Euclid.

Coté ESA, le SOC (Science Operations Centre – Centre d’opérations scientifiques) localisé à l’ESAC (European Space Astronomy Centre - Centre Européen d'Astronomie Spatiale) à Villafranca en Espagne est responsable de la planification des observations, du suivi des performances et de la gestion des données scientifiques transmises par le satellite (vérification rapide, rapport qualité, traitements de premier niveau et transmission de données au consortium EUCLID pour analyses). Le SOC agira en tant qu'interface entre le l’OGS (Euclid Operations Ground Segment – Segment Sol OGS) du MOC (Mission Operations Centre – Centre d’opération mission) situé à l’ESOC (voir paragraphe précédent) et les Centres d'Opérations Instrument pour tous les aspects concernant les opérations et le suivi des instruments scientifiques.

Côté consortium Euclid, l’EC SGS (Euclid Consortium Science Ground Segment) sera en charge du traitement des données reçues (notamment de la correction des effets instrumentaux) et de la fourniture des produits scientifiques (images, spectres etc.). Les produits seront stockés dans l'EAS (Euclid Archive System – Système d’archives Euclid) pour laquelle le SOC agit en tant que conservateur. Les données archivées seront accessibles à tout moment à l'ensemble de la communauté scientifique et au public 2 ans après leur acquisition. Le traitement des données sera effectué dans 8 SDC (Science Data Center – centre de données scientifiques) européens localisés dans différents pays participant au consortium Euclid. Deux équipes IOT (Instrument Operation Team – Equipe d’opération instrument), l’une pour l’Instrument VIS (VISible Instrument) et l’autre pour l’instrument NISP (Near Infrared Spectro Photometer), en interface avec la SOC, sont en charge de la surveillance de la santé des instruments et assurent un support aux opérations de calibration et aux expertises en cas d’anomalies instrumentales matérielles ou logicielles.

Organisation générale du segment sol Euclid. Crédit : Euclid Consortium

Chaque SDC national est en charge du développement d’algorithmes (appelées PF – Processing Functions) de traitement de données, puis plus tard de leurs traitements, en partenariat avec d’autres institutions participant au consortium Euclid. Chaque traitement dans un SDC est une étape dans le pipeline global de traitement qui, depuis la réception des données brutes, les délivrent directement exploitables à des fins scientifiques.

Les différents traitements sont les suivant :

SIMULATIONS

SIM : Production de données simulées à partir d’images télescope sol (incluant des images fantômes, des défauts et des dégradations instrumentales) pour développer et tester le pipeline SGS et valider les résultats scientifiques. Responsabilité espagnole avec contributions française du CPPM Paris (co-lead), de l’APC, de l’IRAP, du LA% de l’IRFU de l’INPL et du LPSC.

PRE-TRAITEMENTS : Nettoyages des images (éliminations des défauts, des artefacts, des bad pixels, correction des effets électroniques et instrumentaux comme les distorsions optiques, recadrages,.etc) et calibration des données.

VIS : Production d’images photométriques calibrées avec références astrométriques. Responsabilité française (IAP Paris).

NIR : Production d’images photométriques NISP calibrées et prétraitement pour l’extraction de spectres. Responsabilité Italienne.

EXT : Production d’images calibrées depuis les télescopes sol dans des bandes spectrales couvrant la bande de l’Instrument VIS (VISible Instrument), et de données spectrométriques pour valider les outils de mesures de redshifts. Responsabilités allemandes et hollandaise, contribution française de l’APC.

CATALOGAGE : détection des sources présentes dans les données EUCLID de l’Instrument VIS (VISible Instrument) et de l’instrument NISP (Near Infrared Spectro Photometer), extractions des données photométriques et associations avec les spectres.

MER : Construction du catalogue d’objets incluant les mesures photométriques et spectrométriques pour toutes les sources. Responsabilité italienne, contribution de l’IAS (co-lead)

POST-TRAITEMENTS : Optimisation / accroissement des données catalogue avec rajout d’autres données telles que les ellipticités des sources, les redshifts photométriques et spectroscopiques.

SIR : Traitement des données spectrométriques de l’instrument NISP (Near Infrared Spectro Photometer) et production d’images spectrales calibrées et de spectres. Responsabilité italienne, contributions de l’INPL (co-lead), du LAM et de l’IRAP.

SPE : Extraction des redshifts spectroscopiques, identification des raies. Responsabilité française (LAM) avec contributions, entre autres, de l’INPL.

PHZ : Dérivation et exploitation des redshifts photométriques. Responsabilité suisse, contributions françaises du LAM et de l’IRAP.

SHE : Mesure des paramètres de forme des sources de weak lensing, définition et maintenance des modèles PSF de l’Instrument VIS (VISible Instrument). Responsabilité anglaise avec contribution française de l’IRFU.

PRODUCTION DES DONNEES COSMOLOGIQUES EXPLOITABLES:

LE3 : Production des produits scientifiques prêts pour la science : amas de galaxies, lentillage gravitationnel faible, masques de visibilité, et autres données de haut niveau, ….etc. Responsabilité française (CEA IRFU) avec contributions, entre autres, de l’IRAP, de l’IAS et du LERMA.

Pipeline de traitement des données Euclid. Crédit : Euclid Consortium / Audrey Le Reun

Traitement des données

Cumulé sur les 6 ans de mission et compte tenu du haut débit de données renvoyées chaque jour vers la Terre, le volume de donnée à traiter est impressionnant, de l’ordre de 170 millions de gigaoctets (Go). Cela représente 170 000 disques durs d’ordinateur ayant une capacité de stockage de 1 téraoctet (1000 Go), soit une pile de disques durs ayant 2.6 km de hauteur.

Le traitement sera réalisé dans 9 centres de traitement, 8 en Europe et 1 aux Etats-Unis. Pour la France, le centre de calcul de l’IN2P3 localisé à Villeurbanne réalisera à lui seul le traitement de 30% des données Euclid.