L'ESA ne fait pas de routine. Cela n'est nulle part plus vrai que pour la Science, où le but de chaque nouvelle mission est d'observer l'univers de manière inédite. De nouvelles technologies sont nécessaires pour rendre de telles missions possibles, plusieurs années à l'avance. La Direction de la gestion technique et de la qualité de l'ESA est chargée d'anticiper ces besoins, rendre la bonne technologie disponible au bon moment, et résoudre tout problème technique survenant au cours du développement.

Le besoin scientifique était clair pour un observatoire à rayons X plus capable de sonder 10 à 100 fois plus profondément dans le cosmos, pour observer le plus chaud, objets célestes de haute énergie. L'ESA a choisi de développer la mission Athena, pour un lancement en 2028. Mais la mission nécessitait une toute nouvelle technologie d'optique à rayons X.

Les rayons X énergétiques ne se comportent pas comme des ondes lumineuses typiques; ils ne peuvent pas être reflétés dans un miroir standard. Au lieu de cela, ils ne peuvent être réfléchis qu'à des angles peu profonds, comme des pierres qui frôlent l'eau. Il faut donc empiler plusieurs miroirs :le XMM-Newton lancé par l'ESA en 1999 possède 174 miroirs en nickel plaqué or imbriqués les uns dans les autres. Athena a cependant besoin de dizaines de milliers de plaques de miroir densément emballées - l'ancienne technologie était à sa limite, et une solution beaucoup plus légère a dû être trouvée.

Le résultat était « l'optique à pores de silicium » - une technologie littéralement développée ici à l'ESTEC, avec l'ESA partageant le brevet avec le fondateur de Cosine Research, l'entreprise qui le développe actuellement. L'idée est d'empiler des plaquettes de silicium industrielles, normalement utilisé pour fabriquer des semi-conducteurs.

Ces plaquettes possèdent déjà la rigidité nécessaire, surfaces de faible masse et super polies - possédant une planéité pratiquement à l'échelle atomique - et se lient facilement lorsqu'elles sont placées ensemble. Le point clé est que l'industrie des semi-conducteurs a déjà rendu ces plaquettes disponibles à un prix ridiculement bas, tout en maîtrisant les machines et les processus dont nous avons besoin. Nous surfons donc vraiment sur une vague existante de R&D terrestre.

De nombreux problèmes potentiels ont déjà été résolus dans le cadre des activités de développement technologique de l'ESA. Nos gaufrettes ont des rainures découpées, laissant des nervures de raidissement, pour former les "pores" que les rayons X traversent. Après avoir été recouverts de métal réfléchissant, ils sont prêts à être empilés. Cette nervure est réalisée en adaptant l'équipement normalement utilisé pour découper les plaquettes en puces individuelles, sauf que nous ne coupons pas complètement le silicium.

L'empilage est la partie la plus innovante du processus de fabrication, où est allé la majeure partie de notre investissement - en utilisant un bras robotisé dans un environnement de salle blanche pour éviter toute contamination par la poussière, ciblant la précision à l'échelle du millième de millimètre. Les plaquettes nervurées doivent être pressées ensemble avec juste assez de force pour les faire adhérer sans se casser. Leur alignement est vérifié immédiatement après à l'aide d'un système de mesure optique. Les piles doivent suivre une légère courbure, se rétrécissant vers le point désiré. Ces piles sont ensuite collées en modules à l'aide d'un adhésif standard qualifié pour l'espace. Nous testons ensuite ces modules dans des installations de synchrotron à rayons X.