MYSTIC : infrared detection system for space imagery

Absolut System demonstrates its cryogenic expertise through MYSTIC, an innovative spatial project!

Over the last fifteen years, the number of space applications based on infrared imaging has increased considerably. These applications are based on infrared detectors that require cryogenic temperatures (below 200K) to operate.

Absolut System, a company specialized in cryogenics, is conducting the MYSTIC project in partnership with LYNRED and Thales Alenia Space. MYSTIC is part of the the RAPID program (Regime d’APPpui à l’innovation Duale) led by the Defense Innovation Agency (AID). Signed in December 2021, MYSTIC aims to meet the current needs of space agencies & industries in imaging, meteorology or scientific applications such as earth observation, atmospheric chemistry…

Through this project, Absolut System will produce a new compact infrared detection system integrating the cryogenic system for versatile space applications. The objective is to redefine the standards in the field of infrared detection. lndeed, this high-performance system is bath modular and lighter than the solutions available on the market.

The infrared detection system requires several components such as :

– A focal plane composed of one or several infrared detectors, manufactured by L YNRED;
– A sealed cryostat to support and maintain the focal plane under vacuum, developed by Absolut System;
– Spectral filtering and optical aperture limitation functions designed by Thales Alenia Space.
This project is focused on several innovative features such as compatibility with the newest generation of focal planes and the use of new technologies.

The focal plane needs a cryogenic cooler offering a stabilized temperature thanks to an innovative thermal regulation. Electronics are also needed to condition the signal from the detectors and to contrai the cryogenic cooler. The latter allows an internai management of micro-vibrations, and its associated cryostat optimizes the insulation by thermal shielding. Finally, the focal plane increases the field of view in the compact system, while accessing medium to high resolution missions.
The complementary know-how of the partner companies enables to offer an efficient and new relevant infrared detection solution.
On the one hand, Absolut System oversees project management along with defining, conceiving, then integrating cooling and detection systems. Thanks to its skills in custom design of cryogenic systems, Absolut System provides high quality thermal solutions to meet specific cooling for IR detector requirement.
On the other hand, LYNRED has been an expert for more than 35 years in the design, production and marketing of infrared imagers through different technologies (MCT, lnGaAs, Microbolometer). The company provides the optical specifications for the detection assembly, which is essential for manufacturing the focal planes.
ln addition, Thales Alenia Space, a company specialized for over 40 years in the space industry, designs innovative solutions for telecommunications, navigation, Earth observation, meteorology and environmental management. Within the MYSTIC project, Thales Alenia Space is in charge of defining the IR camera assembly and then participate to the MYSTIC cryogenic system specification, by providing the optical payload requirements and bringing its technical expertise acquired in the frame of major space program development dedicated to Infrared observation.

Ces quinze dernières années, le nombre d’applications spatiales à base d’imagerie infrarouge fortement augmenté. Ces applications se basent sur des détecteurs infrarouges nécessitant des températures de fonctionnement comprises entre 50 et 200K.

C’est dans ce contexte qu’Absolut System, société spécialisée en cryogénie, porte le projet MYSTIC. En partenariat avec LYNRED et Thales Alenia Space, ce projet s’effectue dans le cadre du programme RAPID (Régime d’APPpui à l’innovation Duale) de l’Agence de l’innovation de Défense (AID). Signé en décembre 2021, MYSTIC a pour but de répondre aux besoins actuels des entreprises au niveau de l’imagerie, la météorologie ou des applications scientifiques telles que l’observation de la terre, la chimie de l’atmosphère…

A travers celui-ci, Absolut System va produire un nouvel ensemble de détection infrarouge compact intégrant le système cryogénique pour des applications spatiales multi-usages. L’objectif est de redéfinir les standards dans le domaine de la détection infrarouge. En effet, ce module haute performance est à la fois modulaire et plus léger que les solutions disponibles sur le marché.

L’ensemble de détection infrarouge nécessite plusieurs composants tels que :

• Un plan focal constitué d’un ou plusieurs détecteurs infrarouges, fabriqués par L YNRED ;
• Un cryostat étanche pour le supportage et le maintien sous vide du plan focal élaboré par Absolut System
• Des fonctions de filtrage spectral et de limitation de l’ouverture optique conçues par Thales Alenia Space.

Ce projet est construit autour de plusieurs caractéristiques innovantes comme une compatibilité avec les plans focaux de dernière génération ainsi que l’utilisation de nouvelles technologies.

Le plan focal a besoin d’un refroidisseur cryogénique offrant une température stabilisée grâce à une régulation thermique innovante. Des électroniques sont également nécessaires pour conditionner le signal issu des détecteurs et piloter le refroidisseur cryogénique. Ce dernier permet une gestion interne des micro-vibrations et son cryostat associé optimise l’isolation par écrantage thermique. Enfin, le plan focal augmente le champ de vue dans le système compact, tout en accédant à des missions Moyennes à Hautes résolutions.
La mutualisation des savoir-faire complémentaires permet aux sociétés partenaires de proposer une solution de détection infrarouge efficace et pertinente.

D’une part, Absolut System a pour mission de coordonner les activités, de définir, réaliser et intégrer les tests de l’ensemble de détection. Grâce à ses compétences en conception sur mesure de systèmes cryogéniques, Absolut System peut proposer des solutions thermiques de hautes qualités répondant au besoin d’un système de refroidissement basses températures au niveau du détecteur infrarouge.
D’autre part, LYNRED est expert depuis plus de 35 ans dans la conception, la production et la commercialisation d’imageurs infrarouges à travers différentes technologies (MCT, lnGaAs, Microbolomètre). La société fournit les spécifications optiques de l’ensemble de détection, indispensable à la fabrication des plans focaux.
De plus, Thales Alenia Space, entreprise spécialisée depuis plus de 40 ans dans l’industrie spatiale conçoit des solutions innovantes pour les télécommunications, la navigation, l’observation de la Terre, la météo et la gestion de l’environnement. Au sein du projet MYSTIC, elle assure la définition du sous ensemble de détection et à ce titre participe à la spécification de la cryogénie MYSTIC en déclinant les besoins systèmes et en apportant son expertise technique acquise dans le développement des grands programmes spatiaux utilisant l’infrarouge.