Euclid preparation. XXIX. Water ice in spacecraft part I: The physics of ice formation and contamination
M Schirmer
,
K Thürmer
,
B Bras
,
M Cropper
,
J Martin-Fleitas
,
Y Goueffon
,
R Kohley
,
A Mora
,
M Portaluppi
,
G.D Racca
,
A.D Short
,
S Szmolka
,
L.M. Gaspar Venancio
,
M Altmann
(1)
,
Z Balog
,
U Bastian
,
M Biermann
,
D Busonero
,
C Fabricius
,
F Grupp
,
C Jordi
,
W Löffler
,
A. Sagristà Sellés
,
N Aghanim
(2)
,
A Amara
,
L Amendola
,
M Baldi
,
C Bodendorf
,
D Bonino
,
E Branchini
,
M Brescia
,
J Brinchmann
,
S Camera
,
G.P Candini
,
V Capobianco
,
C Carbone
,
J Carretero
,
M Castellano
,
S Cavuoti
,
A Cimatti
,
R Cledassou
(3, 4)
,
G Congedo
,
C.J Conselice
,
L Conversi
,
Y Copin
(5)
,
L Corcione
,
F Courbin
,
A da Silva
,
H Degaudenzi
,
A.M Di Giorgio
,
J Dinis
,
F Dubath
,
X Dupac
,
S Dusini
,
S Farrens
(6)
,
S Ferriol
(5)
,
M Frailis
,
E Franceschi
,
M Fumana
,
S Galeotta
,
B Garilli
,
W Gillard
(7)
,
B Gillis
,
C Giocoli
,
S.V.H Haugan
,
H Hoekstra
,
W Holmes
,
F Hormuth
,
A Hornstrup
,
K Jahnke
,
S Kermiche
(7)
,
A Kiessling
,
M Kilbinger
(6)
,
T Kitching
,
M Kunz
,
H Kurki-Suonio
,
S Ligori
,
P.B Lilje
,
I Lloro
,
E Maiorano
,
O Mansutti
,
O Marggraf
,
K Markovic
,
F Marulli
,
R Massey
,
E Medinaceli
,
S Mei
(8)
,
Y Mellier
(9, 10)
,
M Meneghetti
,
E Merlin
,
G Meylan
,
M Moresco
,
L Moscardini
,
E Munari
,
R Nakajima
,
S.-M Niemi
,
J.W Nightingale
,
T Nutma
,
C Padilla
,
S Paltani
,
F Pasian
,
V Pettorino
(6)
,
S Pires
(6)
,
G Polenta
,
M Poncet
(3)
,
L.A Popa
,
F Raison
,
A Renzi
,
J Rhodes
,
G Riccio
,
E Romelli
,
M Roncarelli
,
E Rossetti
,
R Saglia
,
D Sapone
,
B Sartoris
,
P Schneider
,
A Secroun
(7)
,
G Seidel
,
S Serrano
,
C Sirignano
,
G Sirri
,
J Skottfelt
,
L Stanco
,
P Tallada-Crespí
,
A.N Taylor
,
I Tereno
,
R Toledo-Moreo
,
I Tutusaus
(11)
,
E.A Valentijn
,
L Valenziano
,
T Vassallo
,
Y Wang
,
J Weller
,
A Zacchei
,
J Zoubian
(7)
,
S Andreon
,
S Bardelli
,
P Battaglia
,
E Bozzo
,
C Colodro-Conde
,
M Farina
,
J Graciá-Carpio
,
E Keihänen
,
V Lindholm
,
D Maino
,
N Mauri
,
N Morisset
,
V Scottez
(9)
,
M Tenti
,
E Zucca
,
Y Akrami
(12, 13)
,
C Baccigalupi
,
M Ballardini
,
A Biviano
,
A Blanchard
(11)
,
A.S Borlaff
,
C Burigana
,
R Cabanac
(11)
,
A Cappi
(14)
,
C.S Carvalho
,
S Casas
,
G Castignani
,
T Castro
,
K.C Chambers
,
A.R Cooray
,
J Coupon
,
H.M Courtois
(5)
,
J.-G Cuby
(15)
,
S Davini
,
G de Lucia
,
G Desprez
,
S Di Domizio
,
H Dole
(2)
,
J.A Escartin
,
S Escoffier
(7)
,
I Ferrero
,
L Gabarra
,
K Ganga
(8)
,
J Garcia-Bellido
,
K George
,
F Giacomini
,
G Gozaliasl
,
H Hildebrandt
,
J.J.E Kajava
,
V Kansal
(6)
,
C.C Kirkpatrick
,
L Legrand
,
P Liebing
,
A Loureiro
,
G Maggio
,
M Magliocchetti
,
G Mainetti
(16)
,
R Maoli
,
S Marcin
,
M Martinelli
,
N Martinet
(15)
,
C.J.A.P Martins
,
S Matthew
,
M Maturi
,
L Maurin
(2)
,
R.B Metcalf
,
P Monaco
,
G Morgante
,
S Nadathur
,
A.A Nucita
,
L Patrizii
,
J.E Pollack
(10)
,
V Popa
,
D Potter
,
M Pöntinen
,
A.G Sánchez
,
Z Sakr
(11)
,
A Schneider
,
M Sereno
,
A Shulevski
,
P Simon
,
J Steinwagner
,
R Teyssier
,
J Valiviita
1
SYRTE -
Systèmes de Référence Temps Espace
2 IAS - Institut d'astrophysique spatiale
3 CNES - Centre National d'Études Spatiales [Toulouse]
4 IN2P3 - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS
5 IP2I Lyon - Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
6 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
7 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
8 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
9 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
10 DAP - Département d'Astrophysique (ex SAP)
11 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
12 Astrophysique
13 LERMA - Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres
14 LAGRANGE - Joseph Louis LAGRANGE
15 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
16 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
2 IAS - Institut d'astrophysique spatiale
3 CNES - Centre National d'Études Spatiales [Toulouse]
4 IN2P3 - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS
5 IP2I Lyon - Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon
6 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
7 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
8 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
9 IAP - Institut d'Astrophysique de Paris
10 DAP - Département d'Astrophysique (ex SAP)
11 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
12 Astrophysique
13 LERMA - Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres
14 LAGRANGE - Joseph Louis LAGRANGE
15 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
16 CC-IN2P3 - Centre de Calcul de l'IN2P3
M Schirmer
- Fonction : Auteur
K Thürmer
- Fonction : Auteur
B Bras
- Fonction : Auteur
M Cropper
- Fonction : Auteur
J Martin-Fleitas
- Fonction : Auteur
Y Goueffon
- Fonction : Auteur
R Kohley
- Fonction : Auteur
A Mora
- Fonction : Auteur
M Portaluppi
- Fonction : Auteur
G.D Racca
- Fonction : Auteur
A.D Short
- Fonction : Auteur
S Szmolka
- Fonction : Auteur
L.M. Gaspar Venancio
- Fonction : Auteur
Z Balog
- Fonction : Auteur
U Bastian
- Fonction : Auteur
M Biermann
- Fonction : Auteur
D Busonero
- Fonction : Auteur
C Fabricius
- Fonction : Auteur
F Grupp
- Fonction : Auteur
C Jordi
- Fonction : Auteur
W Löffler
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A. Sagristà Sellés
- Fonction : Auteur
A Amara
- Fonction : Auteur
L Amendola
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M Baldi
- Fonction : Auteur
C Bodendorf
- Fonction : Auteur
D Bonino
- Fonction : Auteur
E Branchini
- Fonction : Auteur
M Brescia
- Fonction : Auteur
J Brinchmann
- Fonction : Auteur
S Camera
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G.P Candini
- Fonction : Auteur
V Capobianco
- Fonction : Auteur
C Carbone
- Fonction : Auteur
J Carretero
- Fonction : Auteur
M Castellano
- Fonction : Auteur
S Cavuoti
- Fonction : Auteur
A Cimatti
- Fonction : Auteur
G Congedo
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C.J Conselice
- Fonction : Auteur
L Conversi
- Fonction : Auteur
L Corcione
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F Courbin
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A da Silva
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H Degaudenzi
- Fonction : Auteur
A.M Di Giorgio
- Fonction : Auteur
J Dinis
- Fonction : Auteur
F Dubath
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X Dupac
- Fonction : Auteur
S Dusini
- Fonction : Auteur
M Frailis
- Fonction : Auteur
E Franceschi
- Fonction : Auteur
M Fumana
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S Galeotta
- Fonction : Auteur
B Garilli
- Fonction : Auteur
B Gillis
- Fonction : Auteur
C Giocoli
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- Fonction : Auteur
H Hoekstra
- Fonction : Auteur
W Holmes
- Fonction : Auteur
F Hormuth
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A Hornstrup
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K Jahnke
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A Kiessling
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T Kitching
- Fonction : Auteur
M Kunz
- Fonction : Auteur
H Kurki-Suonio
- Fonction : Auteur
S Ligori
- Fonction : Auteur
P.B Lilje
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I Lloro
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O Mansutti
- Fonction : Auteur
O Marggraf
- Fonction : Auteur
K Markovic
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F Marulli
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R Massey
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E Medinaceli
- Fonction : Auteur
M Meneghetti
- Fonction : Auteur
E Merlin
- Fonction : Auteur
G Meylan
- Fonction : Auteur
M Moresco
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L Moscardini
- Fonction : Auteur
E Munari
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R Nakajima
- Fonction : Auteur
S.-M Niemi
- Fonction : Auteur
J.W Nightingale
- Fonction : Auteur
T Nutma
- Fonction : Auteur
C Padilla
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S Paltani
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F Pasian
- Fonction : Auteur
G Polenta
- Fonction : Auteur
L.A Popa
- Fonction : Auteur
F Raison
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A Renzi
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J Rhodes
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G Riccio
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E Romelli
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M Roncarelli
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R Saglia
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D Sapone
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B Sartoris
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P Schneider
- Fonction : Auteur
G Seidel
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S Serrano
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C Sirignano
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G Sirri
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J Skottfelt
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L Stanco
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P Tallada-Crespí
- Fonction : Auteur
A.N Taylor
- Fonction : Auteur
I Tereno
- Fonction : Auteur
R Toledo-Moreo
- Fonction : Auteur
I Tutusaus
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1360271
- ORCID : 0000-0002-3199-0399
- IdRef : 241364418
E.A Valentijn
- Fonction : Auteur
L Valenziano
- Fonction : Auteur
T Vassallo
- Fonction : Auteur
Y Wang
- Fonction : Auteur
J Weller
- Fonction : Auteur
A Zacchei
- Fonction : Auteur
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- Fonction : Auteur
P Battaglia
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E Bozzo
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C Colodro-Conde
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M Farina
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J Graciá-Carpio
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E Keihänen
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V Lindholm
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D Maino
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N Mauri
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N Morisset
- Fonction : Auteur
M Tenti
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E Zucca
- Fonction : Auteur
C Baccigalupi
- Fonction : Auteur
M Ballardini
- Fonction : Auteur
A Biviano
- Fonction : Auteur
A Blanchard
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1376976
- ORCID : 0000-0001-8555-9003
- IdRef : 030229464
A.S Borlaff
- Fonction : Auteur
C Burigana
- Fonction : Auteur
C.S Carvalho
- Fonction : Auteur
S Casas
- Fonction : Auteur
G Castignani
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T Castro
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K.C Chambers
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S Davini
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G de Lucia
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S Di Domizio
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J.A Escartin
- Fonction : Auteur
S Escoffier
- Fonction : Auteur
- PersonId : 179794
- IdHAL : stephanie-escoffier
- ORCID : 0000-0002-2847-7498
- IdRef : 068869215
I Ferrero
- Fonction : Auteur
L Gabarra
- Fonction : Auteur
J Garcia-Bellido
- Fonction : Auteur
K George
- Fonction : Auteur
F Giacomini
- Fonction : Auteur
G Gozaliasl
- Fonction : Auteur
H Hildebrandt
- Fonction : Auteur
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C.C Kirkpatrick
- Fonction : Auteur
L Legrand
- Fonction : Auteur
P Liebing
- Fonction : Auteur
A Loureiro
- Fonction : Auteur
G Maggio
- Fonction : Auteur
M Magliocchetti
- Fonction : Auteur
G Mainetti
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1402685
- IdHAL : gabriele-mainetti
R Maoli
- Fonction : Auteur
S Marcin
- Fonction : Auteur
M Martinelli
- Fonction : Auteur
C.J.A.P Martins
- Fonction : Auteur
S Matthew
- Fonction : Auteur
M Maturi
- Fonction : Auteur
R.B Metcalf
- Fonction : Auteur
P Monaco
- Fonction : Auteur
G Morgante
- Fonction : Auteur
S Nadathur
- Fonction : Auteur
A.A Nucita
- Fonction : Auteur
L Patrizii
- Fonction : Auteur
V Popa
- Fonction : Auteur
D Potter
- Fonction : Auteur
M Pöntinen
- Fonction : Auteur
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- Fonction : Auteur
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- Fonction : Auteur
M Sereno
- Fonction : Auteur
A Shulevski
- Fonction : Auteur
P Simon
- Fonction : Auteur
J Steinwagner
- Fonction : Auteur
R Teyssier
- Fonction : Auteur
J Valiviita
- Fonction : Auteur
Résumé
Molecular contamination is a well-known problem in space flight. Water is the most common contaminant and alters numerous properties of a cryogenic optical system. Too much ice means that Euclid's calibration requirements and science goals cannot be met. Euclid must then be thermally decontaminated, a long and risky process. We need to understand how iced optics affect the data and when a decontamination is required. This is essential to build adequate calibration and survey plans, yet a comprehensive analysis in the context of an astrophysical space survey has not been done before. In this paper we look at other spacecraft with well-documented outgassing records, and we review the formation of thin ice films. A mix of amorphous and crystalline ices is expected for Euclid. Their surface topography depends on the competing energetic needs of the substrate-water and the water-water interfaces, and is hard to predict with current theories. We illustrate that with scanning-tunnelling and atomic-force microscope images. Industrial tools exist to estimate contamination, and we must understand their uncertainties. We find considerable knowledge errors on the diffusion and sublimation coefficients, limiting the accuracy of these tools. We developed a water transport model to compute contamination rates in Euclid, and find general agreement with industry estimates. Tests of the Euclid flight hardware in space simulators did not pick up contamination signals; our in-flight calibrations observations will be much more sensitive. We must understand the link between the amount of ice on the optics and its effect on Euclid's data. Little research is available about this link, possibly because other spacecraft can decontaminate easily, quenching the need for a deeper understanding. In our second paper we quantify the various effects of iced optics on spectrophotometric data.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
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