Histoire de l’espace Photo : Marjorie Townsend et SAS-1Lancement du satellite américain d’astronomie X-ray Explorer nommé Uhuru
Le satellite Uhuru
Uhuru, également connu sous le nom de Small Astronomical Satellite 1 (SAS-1) a été la première mission en orbite terrestre entièrement dédiée à l’astronomie céleste des rayons X. Il a été lancé le 12 décembre 1970 depuis la plate-forme San Marco au Kenya. Le 12 décembre était le septième anniversaire de l’indépendance du Kenya et en reconnaissance de l’hospitalité du peuple kenyan, le satellite d’exploitation a été nommé Uhuru, qui est le mot swahili pour la liberté. La mission a duré deux ans et s’est terminée en mars 1973.
*Durée de vie : 12 décembre 1970 – mars 1973
* Plage d’énergie : 2-20 keV Charge utile : Deux ensembles de compteurs proportionnels : 2-20 keV 0,084 m 2
*Science Highlights : Premier relevé complet et uniforme de tout le ciel avec une sensibilité de 10 -3 l’intensité du crabe.
Les 339 sources de rayons X détectées sont des binaires, des restes de supernova, des galaxies de Seyfert et des amas de galaxies Découverte de l’émission diffuse de rayons X des amas de galaxies
Aperçu de la mission 
Uhuru est le premier satellite entièrement consacré à l’étude des sources cosmiques de rayons X. Ce satellite était le premier d’une série de petits satellites d’astronomie parrainés par la NASA. Uhuru a été lancé le 12 décembre 1970 sur une orbite de 560 km d’apogée, 520 km de périgée, 3 degrés d’inclinaison, avec une période de 96 minutes. 
Il avait une période de rotation d’environ 12 minutes et fournissait une vue complète de tout le ciel avec une sensibilité d’environ 0,001 fois l’intensité de la nébuleuse du Crabe. Les principaux objectifs de la mission étaient de sonder le ciel à la recherche de sources de rayons X cosmiques dans la gamme 2-20 keV à une sensibilité limite de 1,5 X 10 -11 ergs /cm 2 /sec, 5 X 10 -4le flux de la Nébuleuse du Crabe ; déterminer les emplacements des sources discrètes avec une précision de quelques minutes d’arc carré pour les sources fortes et de quelques dixièmes de degré carré à la limite de sensibilité ; étudier la structure de sources étendues ou de régions complexes avec une résolution d’environ 30 minutes d’arc ; déterminer les caractéristiques spectrales brutes et la variabilité des sources de rayons X ; et, dans la mesure du possible, effectuer des observations coordonnées et/ou simultanées d’objets à rayons X avec d’autres observateurs.
La charge utile se composait de deux ensembles de compteurs proportionnels chacun avec une surface effective d’environ 0,084 m². Les compteurs étaient sensibles avec plus de 10 % d’efficacité aux photons X dans la gamme ~ 2-20 keV. La limite inférieure de sensibilité a été déterminée par l’atténuation des fenêtres en béryllium du compteur plus un mince carénage thermique qui était nécessaire pour maintenir la stabilité de la température de l’engin spatial.
La limite supérieure a été déterminée par les propriétés de transmission du gaz de remplissage. Des techniques de discrimination de forme d’impulsion et d’anticoïncidence ont été utilisées pour réduire le bruit de fond dû aux particules et aux photons de haute énergie. L’analyse de la hauteur d’impulsion dans huit canaux a été utilisée pour obtenir des informations sur la distribution d’énergie des photons incidents. Les deux ensembles de compteurs ont été placés dos à dos et ont été collimatés à 0,52° X 0,52° et 5,2° X 5. 2° (pleine largeur à mi-hauteur) respectivement. Alors que le détecteur de 0,5° donnait une résolution angulaire plus fine, le détecteur de 5° avait une sensibilité plus élevée pour les sources isolées.
Le premier trou noir confirmé se trouve près du centre du triangle d’été – un motif de trois étoiles brillantes qui se trouve à l’ouest les soirs de décembre. Cygnus X-1 a été découvert lors d’un court vol de fusée en 1964. Mais une preuve solide de sa nature a été fournie par une mission ultérieure. Appelé Uhuru, il a été lancé il y a 50 ans aujourd’hui. L’engin a été conçu pour étudier les rayons X. Ils sont produits par certains des objets les plus chauds et les plus brillants de l’univers. Mais l’atmosphère terrestre absorbe les rayons X, nous ne pouvons donc pas les voir depuis le sol. La seule façon de les étudier est depuis l’espace. Uhuru a été le premier télescope spatial à rayons X.
Il était à l’origine connu sous deux autres noms. Mais il a été lancé par l’Italie depuis une plate-forme au large des côtes du Kenya. En l’honneur du pays hôte, il a été rebaptisé Uhuru – Swahili pour « liberté ». Outre son pedigree international, il avait quelques autres distinctions. C’était le premier satellite scientifique géré par une femme – Marjorie Townsend, ingénieure au Goddard Space Flight Center. Et son meilleur scientifique, Riccardo Giacconi, a ensuite remporté le prix Nobel pour cette mission et d’autres missions à rayons X. Uhuru a catalogué quatre fois le nombre de sources de rayons X connues avant sa mission. La liste comprenait les restes d’étoiles explosées, d’étoiles binaires chaudes, d’amas de galaxies et de disques autour de trous noirs. L’engin a examiné de près plusieurs de ces cibles, y compris Cygnus X-1, le premier trou noir confirmé.
À propos d’Uhuru : « Liberté »
« Uhuru » est le surnom du « Small Astronomy Satellite-1 » (SAS-1), initialement nommé « X-Ray Explorer ». Ce surnom a été choisi parce que le satellite a été lancé depuis San Marco, au large des côtes du Kenya, le jour de l’indépendance du Kenya – le mot «Uhuru» étant swahili pour « liberté ».
Le 8 avril 1963, Giacconi a soumis une proposition détaillée, « Un explorateur de rayons X pour étudier les sources galactiques et extragalactiques » à la NASA. La mission devait durer 18 mois avec une date de lancement le 5 décembre 1965. Le satellite devait faire un relevé détaillé des sources de rayons X. L’une des exigences d’AS&E était que le satellite tourne lentement. Cela a permis au détecteur de balayer de petits angles du ciel et de garder les sources de rayons X dans le champ de vision du satellite pendant une longue période.
Lorsque la proposition a été approuvée, la NASA a décidé qu’AS&E devrait construire la charge utile scientifique, mais que le vaisseau spatial lui-même devait être construit par le Laboratoire de physique appliquée de l’Université John Hopkins. Le Goddard Space Flight Center de la NASA devait gérer le projet.
Fin 1966, la NASA pensait que l’idée de X-Ray Explorer devait être généralisée. Le programme « Small Astronomy Satellites » a été lancé, et le X-Ray Explorer a été le premier, d’où son nom officiel « SAS-1 ».
Matériel d’Uhuru
Lorsqu’Uhuru a été achevé, il pesait 64 kg. Il contenait des systèmes de détection indépendants, constitués d’un ensemble de compteurs proportionnels à fenêtre en béryllium avec collimateurs à l’avant.
Les systèmes de détection pointaient dans des directions opposées, l’un avec un champ de vision de 0,5 degrés sur 5,0 degrés et l’autre avec un champ de vision de 5,0 degrés sur 5,0 degrés. La zone effective de collecte des rayons X était d’environ 700 centimètres carrés.
Le lancement
Le satellite Uhuru a été lancé par une fusée Scount le 12 décembre 1970 sur une orbite d’environ 560 km d’apogée, 520 km de périgée, 3 degrés d’inclinaison et avec une période de 96 minutes. Le lancement a eu lieu depuis la plate-forme San Marco, une plate-forme de forage pétrolier à trois milles au large des côtes du Kenya qui avait été modifiée pour les lancements de fusées par l’Agence spatiale italienne. Cet emplacement a été choisi car il était très proche de l’équateur, là où la rotation de la Terre est la plus rapide et où il est plus facile de mettre des objets en orbite. Cela a également permis une charge utile plus lourde et a éloigné le satellite des régions du champ magnétique terrestre où la concentration de particules chargées piégées est élevée.
Le lancement n’a pas été sans problèmes. Une panne de batterie deux jours avant un lancement prévu plus tôt a provoqué un nouveau retard de la mission. Un simple remplacement a résolu ce problème, mais les scientifiques n’en avaient que plus d’anxiété.
Comment Uhuru a fonctionné
Uhuru tournait lentement, faisant généralement un tour toutes les 12 minutes, mais avec l’utilisation d’un système de couple magnétique (qui réagissait contre le champ magnétique terrestre), il serait ralenti à un tour de moins d’un tour par heure. Le satellite était généralement pointé dans une direction pendant environ une journée, puis déplacé (par le système de couple magnétique) pour pointer vers une autre position.
Les détecteurs Uhuru prospectent dans la bande d’énergie de 2 à 20 keV. Des sources aussi faibles que 1/10 000ème de la force de Sco X-1 peuvent être détectées. Des capteurs d’étoiles sont à bord pour déterminer la position de tous les signaux détectés.
Fin de la mission
En deux ans, un catalogue de plus de 150 sources de rayons X a été créé. En 1974, un an après la fin de la mission Uhuru en mars 1973, trente-cinq des sources de rayons X découvertes par Uhuru ont été identifiées optiquement. L’étude réalisée par Uhuru a permis à des expériences satellites ultérieures de faire des observations détaillées des sources de rayons X trouvées par Uhuru.
Le satellite Uhuru X-ray Explorer a été le premier vaisseau spatial dédié à l’astronomie des rayons X. Au cours de sa mission au début des années 1970, Uhuru a cartographié le ciel aux rayons X. Il a fourni la première preuve d’observation des trous noirs, a révélé que les amas de galaxies contiennent des gaz chauds émetteurs de rayons X et a cartographié le comportement des étoiles à neutrons dans les systèmes binaires. L’observatoire a été nommé Uhuru, le mot swahili signifiant « liberté », en l’honneur de l’indépendance du Kenya et parce que la fusée transportant le vaisseau spatial a été lancée en orbite depuis un site au large des côtes du Kenya près de Mombasa. Le succès du satellite Uhuru a ouvert la voie à tous les télescopes spatiaux ultérieurs, de l’observatoire Einstein à l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA.
Le vaisseau spatial et la science
Presque tous les rayons X cosmiques sont bloqués par l’atmosphère terrestre, ce qui oblige les astronomes à placer les télescopes à rayons X le plus haut possible. Les premières missions à rayons X étaient des détecteurs sur des fusées lancées dans la haute atmosphère, ce qui limitait leur taille et leurs capacités. Uhuru, également désigné Explorer 42 ou Small Astronomical Satellite 1, a été le premier vaisseau spatial conçu pour l’astronomie des rayons X. Il a été lancé en orbite le 12 décembre 1970, le septième anniversaire de l’indépendance du Kenya. 
Parce que l’instrument scientifique était petit – seulement 65 kilogrammes (143 livres) de masse – et que la technologie de focalisation des rayons X était encore en cours de développement, Uhuru n’était pas un télescope au sens habituel. Au lieu de cela, Uhuru a utilisé des « compteurs proportionnels », qui étaient un ensemble de détecteurs sensibles remplis de gaz qui généraient des signaux électriques d’une force proportionnelle à l’énergie des photons X qui les frappaient. Ceux-ci étaient placés derrière un réseau de collimateurs, qui ressemblait beaucoup à une boîte de pailles.
L’orbite et la rotation d’Uhuru lui ont permis d’étudier environ 95% du ciel, localisant 339 sources de rayons X au cours de sa vie. Ceux-ci comprenaient des binaires à rayons X : une étoile à neutrons ou un trou noir qui arrache la matière d’une étoile en orbite autour d’elle, créant un disque de gaz chaud émettant des rayons X. L’un de ces binaires, nommé Cygnus X-1, a été le premier trou noir jamais découvert. Uhuru a également démontré que les amas de galaxies contiennent du plasma chaud, ce qui en fait de puissantes sources de rayons X. La mission Uhuru a duré un peu plus de deux ans, se terminant en mars 1973, tandis que le satellite lui-même est rentré dans l’atmosphère terrestre en 1979. En tant que premier observatoire à rayons X en orbite, Uhuru était l’ancêtre direct de tous les télescopes à rayons X avancés modernes, y compris celui de la NASA. Chandra X-ray Observatory et l’observatoire Lynx de nouvelle génération.
Histoire de l’espace Photo : Marjorie Townsend et SAS-1
Sur cette photo historique de l’agence spatiale américaine, Marjorie Townsend discute des performances du satellite X-ray Explorer avec un collègue lors d’essais en amont au Goddard Space Flight Center de la NASA. Townsend, originaire de Washington DC, a été la première femme à recevoir un diplôme d’ingénieur de l’Université George Washington. Elle a rejoint la NASA en 1959 et a ensuite évolué pour devenir chef de projet du programme Small Astronomy Satellite (SAS). Le satellite montré sur la photo, SAS-1, était le 42e de la série Explorer de la NASA, une famille de petits satellites simples envoyés pour effectuer d’importantes missions scientifiques à un coût minimal.
Le premier satellite Explorer a été lancé en 1958, des mois avant la formation de la NASA, lançant un programme d’exploration qui s’est poursuivi au XXIe siècle. SAS-1 a poursuivi la tradition des projets scientifiques cruciaux en transportant le premier ensemble d’instruments sensibles conçus pour cartographier les sources de rayons X à l’intérieur et au-delà de notre propre galaxie, la Voie lactée. Également connu sous le nom d’Explorer 42 et d’Explorateur à rayons X, il est devenu le premier vaisseau spatial américain lancé par un autre pays lorsqu’une équipe spatiale italienne l’a lancé le 12 décembre 1970 à partir d’une plate-forme de lancement mobile située dans les eaux internationales au large des côtes de l’Afrique de l’Est. Il a cartographié l’univers dans les longueurs d’onde des rayons X et découvert des pulsars à rayons X et des preuves de trous noirs. Le satellite a été nommé Uhuru, qui signifie liberté en swahili, car il a été lancé de San Marco au large des côtes du Kenya le jour de l’indépendance du Kenya.
Dans les années 1970, le gouvernement italien a nommé Townsend Chevalier de l’Ordre de la République italienne pour sa contribution aux efforts spatiaux américano-italiens. En 1990, Townsend a rejoint BDM International Inc., en tant que directeur de l’ingénierie des systèmes spatiaux au sein de la division des sciences et applications spatiales.
https://www.cfa.harvard.edu/facilities-technology/telescopes-instruments/uhuru
https://www.space.com/24120-marjorie-townsend-and-sas-1.html
https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/uhuru/uhuru_about.html
https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/uhuru/uhuru.html