At a fraction of the total cost of an equivalent orbital mission, scientific balloon-borne platforms, operating above 99.7% of the Earth’s atmosphere, offer attractive, competitive, and effective observational capabilities—namely, space-like seeing, transmission, and backgrounds—which are well suited for modern astronomy and cosmology. The Super-pressure Balloon-borne Imaging Telescope (SUPERBIT) is a diffraction-limited, wide-field, 0.5 m telescope capable of exploiting these observing conditions in order to provide exquisite imaging throughout the near-infrared to near-ultraviolet. It utilizes a robust active stabilization system that has consistently demonstrated a 48 mas 1σ sky-fixed pointing stability over multiple 1 h observations at float. This is achieved by actively tracking compound pendulations via a three-axis gimballed platform, which provides sky-fixed telescope stability at < 500 mas and corrects for field rotation, while employing high-bandwidth tip/tilt optics to remove residual disturbances across the science imaging focal plane. SUPERBIT’s performance during the 2019 commissioning flight benefited from a customized high-fidelity science-capable telescope designed with an exceptional thermo- and opto-mechanical stability as well as a tightly constrained static and dynamic coupling between high-rate sensors and telescope optics. At the currently demonstrated level of flight performance, SUPERBIT capabilities now surpass the science requirements for a wide variety of experiments in cosmology, astrophysics, and stellar dynamics.

1.
U. S.
Atmosphere
,
National Aeronautics and Space Administration
(
United States Air Force
,
Washington, DC
,
1976
).
2.
R.
Massey
,
C.
Heymans
,
J.
Bergé
,
G.
Bernstein
,
S.
Bridle
,
D.
Clowe
,
H.
Dahle
,
R.
Ellis
,
T.
Erben
,
M.
Hetterscheidt
,
F. W.
High
,
C.
Hirata
,
H.
Hoekstra
,
P.
Hudelot
,
M.
Jarvis
,
D.
Johnston
,
K.
Kuijken
,
V.
Margoniner
,
R.
Mandelbaum
,
Y.
Mellier
,
R.
Nakajima
,
S.
Paulin-Henriksson
,
M.
Peeples
,
C.
Roat
,
A.
Refregier
,
J.
Rhodes
,
T.
Schrabback
,
M.
Schirmer
,
U.
Seljak
,
E.
Semboloni
, and
L.
van Waerbeke
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
376
,
13
(
2007
); arXiv:astro-ph/0608643.
3.
W.
Jones
, “
SuperBIT: Wide-field, sub-arcsecond imaging from the super-pressure balloon platform
,” NASA APRA Proposal,
2014
.
4.
F. B.
Abdalla
,
A.
Amara
,
P.
Capak
,
E. S.
Cypriano
,
O.
Lahav
, and
J.
Rhodes
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
387
,
969
(
2008
); arXiv:0705.1437 [astro-ph].
5.
S.
Bocquet
,
A.
Saro
,
J. J.
Mohr
,
K. A.
Aird
,
M. L. N.
Ashby
,
M.
Bautz
,
M.
Bayliss
,
G.
Bazin
,
B. A.
Benson
,
L. E.
Bleem
,
M.
Brodwin
,
J. E.
Carlstrom
,
C. L.
Chang
,
I.
Chiu
,
H. M.
Cho
,
A.
Clocchiatti
,
T. M.
Crawford
,
A. T.
Crites
,
S.
Desai
,
T.
de Haan
,
J. P.
Dietrich
,
M. A.
Dobbs
,
R. J.
Foley
,
W. R.
Forman
,
D.
Gangkofner
,
E. M.
George
,
M. D.
Gladders
,
A. H.
Gonzalez
,
N. W.
Halverson
,
C.
Hennig
,
J.
Hlavacek-Larrondo
,
G. P.
Holder
,
W. L.
Holzapfel
,
J. D.
Hrubes
,
C.
Jones
,
R.
Keisler
,
L.
Knox
,
A. T.
Lee
,
E. M.
Leitch
,
J.
Liu
,
M.
Lueker
,
D.
Luong-Van
,
D. P.
Marrone
,
M.
McDonald
,
J. J.
McMahon
,
S. S.
Meyer
,
L.
Mocanu
,
S. S.
Murray
,
S.
Padin
,
C.
Pryke
,
C. L.
Reichardt
,
A.
Rest
,
J.
Ruel
,
J. E.
Ruhl
,
B. R.
Saliwanchik
,
J. T.
Sayre
,
K. K.
Schaffer
,
E.
Shirokoff
,
H. G.
Spieler
,
B.
Stalder
,
S. A.
Stanford
,
Z.
Staniszewski
,
A. A.
Stark
,
K.
Story
,
C. W.
Stubbs
,
K.
Vanderlinde
,
J. D.
Vieira
,
A.
Vikhlinin
,
R.
Williamson
,
O.
Zahn
, and
A.
Zenteno
,
Astrophys. J.
799
,
214
(
2015
).
6.
A. B.
Mantz
,
A.
von der Linden
,
S. W.
Allen
,
D. E.
Applegate
,
P. L.
Kelly
,
R. G.
Morris
,
D. A.
Rapetti
,
R. W.
Schmidt
,
S.
Adhikari
,
M. T.
Allen
,
P. R.
Burchat
,
D. L.
Burke
,
M.
Cataneo
,
D.
Donovan
,
H.
Ebeling
,
S.
Shandera
, and
A.
Wright
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
446
,
2205
(
2015
); arXiv:1407.4516 [astro-ph.CO].
7.
J.
Rhodes
,
R. C.
Nichol
,
É.
Aubourg
,
R.
Bean
,
D.
Boutigny
,
M. N.
Bremer
,
P.
Capak
,
V.
Cardone
,
B.
Carry
,
C. J.
Conselice
,
A. J.
Connolly
,
J.-C.
Cuilland re
,
N. A.
Hatch
,
G.
Helou
,
S.
Hemmati
,
H.
Hildebrandt
,
R.
Hložek
,
L.
Jones
,
S.
Kahn
,
A.
Kiessling
,
T.
Kitching
,
R.
Lupton
,
R.
Mand elbaum
,
K.
Markovic
,
P.
Marshall
,
R.
Massey
,
B. J.
Maughan
,
P.
Melchior
,
Y.
Mellier
,
J. A.
Newman
,
B.
Robertson
,
M.
Sauvage
,
T.
Schrabback
,
G. P.
Smith
,
M. A.
Strauss
,
A.
Taylor
, and
A.
Von Der Linden
,
Astrophys. J. Suppl. Ser.
233
,
21
(
2017
).
8.
Planck Collaboration
,
N.
Aghanim
,
Y.
Akrami
,
M.
Ashdown
,
J.
Aumont
,
C.
Baccigalupi
,
M.
Ballardini
,
A. J.
Banday
,
R. B.
Barreiro
,
N.
Bartolo
,
S.
Basak
,
R.
Battye
,
K.
Benabed
,
J. P.
Bernard
,
M.
Bersanelli
,
P.
Bielewicz
,
J. J.
Bock
,
J. R.
Bond
,
J.
Borrill
,
F. R.
Bouchet
,
F.
Boulanger
,
M.
Bucher
,
C.
Burigana
,
R. C.
Butler
,
E.
Calabrese
,
J. F.
Cardoso
,
J.
Carron
,
A.
Challinor
,
H. C.
Chiang
,
J.
Chluba
,
L. P. L.
Colombo
,
C.
Combet
,
D.
Contreras
,
B. P.
Crill
,
F.
Cuttaia
,
P.
de Bernardis
,
G.
de Zotti
,
J.
Delabrouille
,
J. M.
Delouis
,
E.
Di Valentino
,
J. M.
Diego
,
O.
Doré
,
M.
Douspis
,
A.
Ducout
,
X.
Dupac
,
S.
Dusini
,
G.
Efstathiou
,
F.
Elsner
,
T. A.
Enßlin
,
H. K.
Eriksen
,
Y.
Fantaye
,
M.
Farhang
,
J.
Fergusson
,
R.
Fernandez-Cobos
,
F.
Finelli
,
F.
Forastieri
,
M.
Frailis
,
A. A.
Fraisse
,
E.
Franceschi
,
A.
Frolov
,
S.
Galeotta
,
S.
Galli
,
K.
Ganga
,
R. T.
Génova-Santos
,
M.
Gerbino
,
T.
Ghosh
,
J.
González-Nuevo
,
K. M.
Górski
,
S.
Gratton
,
A.
Gruppuso
,
J. E.
Gudmundsson
,
J.
Hamann
,
W.
Handley
,
F. K.
Hansen
,
D.
Herranz
,
S. R.
Hildebrandt
,
E.
Hivon
,
Z.
Huang
,
A. H.
Jaffe
,
W. C.
Jones
,
A.
Karakci
,
E.
Keihänen
,
R.
Keskitalo
,
K.
Kiiveri
,
J.
Kim
,
T. S.
Kisner
,
L.
Knox
,
N.
Krachmalnicoff
,
M.
Kunz
,
H.
Kurki-Suonio
,
G.
Lagache
,
J. M.
Lamarre
,
A.
Lasenby
,
M.
Lattanzi
,
C. R.
Lawrence
,
M.
Le Jeune
,
P.
Lemos
,
J.
Lesgourgues
,
F.
Levrier
,
A.
Lewis
,
M.
Liguori
,
P. B.
Lilje
,
M.
Lilley
,
V.
Lindholm
,
M.
López-Caniego
,
P. M.
Lubin
,
Y. Z.
Ma
,
J. F.
Macías-Pérez
,
G.
Maggio
,
D.
Maino
,
N.
Mandolesi
,
A.
Mangilli
,
A.
Marcos-Caballero
,
M.
Maris
,
P. G.
Martin
,
M.
Martinelli
,
E.
Martínez-González
,
S.
Matarrese
,
N.
Mauri
,
J. D.
McEwen
,
P. R.
Meinhold
,
A.
Melchiorri
,
A.
Mennella
,
M.
Migliaccio
,
M.
Millea
,
S.
Mitra
,
M. A.
Miville-Deschênes
,
D.
Molinari
,
L.
Montier
,
G.
Morgante
,
A.
Moss
,
P.
Natoli
,
H. U.
Nørgaard-Nielsen
,
L.
Pagano
,
D.
Paoletti
,
B.
Partridge
,
G.
Patanchon
,
H. V.
Peiris
,
F.
Perrotta
,
V.
Pettorino
,
F.
Piacentini
,
L.
Polastri
,
G.
Polenta
,
J. L.
Puget
,
J. P.
Rachen
,
M.
Reinecke
,
M.
Remazeilles
,
A.
Renzi
,
G.
Rocha
,
C.
Rosset
,
G.
Roudier
,
J. A.
Rubiño-Martín
,
B.
Ruiz-Granados
,
L.
Salvati
,
M.
Sandri
,
M.
Savelainen
,
D.
Scott
,
E. P. S.
Shellard
,
C.
Sirignano
,
G.
Sirri
,
L. D.
Spencer
,
R.
Sunyaev
,
A. S.
Suur-Uski
,
J. A.
Tauber
,
D.
Tavagnacco
,
M.
Tenti
,
L.
Toffolatti
,
M.
Tomasi
,
T.
Trombetti
,
L.
Valenziano
,
J.
Valiviita
,
B.
Van Tent
,
L.
Vibert
,
P.
Vielva
,
F.
Villa
,
N.
Vittorio
,
B. D.
Wand elt
,
I. K.
Wehus
,
M.
White
,
S. D. M.
White
,
A.
Zacchei
, and
A.
Zonca
, arXiv:1807.06209 (
2018
).
9.
L.
Li
, “
The frequency and modal system identification of the balloon-borne imaging testbed
,” M.S. thesis,
University of Toronto
,
2016
.
10.
L.
Li
,
C. J.
Damaren
,
L. J.
Romualdez
,
C. B.
Netterfield
,
J. W.
Hartley
,
M. N.
Galloway
,
R. J.
Massey
, and
P.
Clark
,
J. Aerosp. Eng.
29
,
04016051
(
2016
).
11.
S.
Redmond
, “
Thermal design and control for stratospheric balloon-borne telescopes
,” M.S. thesis,
University of Toronto
,
2018
.
12.
S.
Redmond
,
S.
Benton
,
A. M.
Brown
,
P.
Clark
,
C. J.
Damaren
,
T.
Eifler
,
A. A.
Fraisse
,
M. N.
Galloway
,
J. W.
Hartley
,
M.
Jauzac
,
W. C.
Jones
,
L.
Li
,
T. V.
Luu
,
R. J.
Massey
,
J.
McCleary
,
C. B.
Netterfield
,
J. D.
Rhodes
,
L. J.
Romualdez
,
J.
Schmoll
, and
S.-I.
Tam
,
Proc. SPIE
10700
,
1687
1696
(
2018
).
13.
L. J.
Romualdez
, “
Design, implementation, and operational methodologies for sub-arcsecond attitude determination, control, and stabilization of the super-pressure balloon-borne imaging telescope (SuperBIT)
,” Ph.D. thesis,
Institute for Aerospace Studies (UTIAS) and Department of Physics, University of Toronto
,
2018
.
14.
L. J.
Romualdez
,
C. J.
Damaren
,
L.
Li
,
M. N.
Galloway
,
J. W.
Hartley
,
C. B.
Netterfield
,
P.
Clark
, and
R. J.
Massey
,
IMech: J. Aerosp. Eng.
231
,
713
(
2016
).
15.
L. J.
Romualdez
,
S. J.
Benton
,
A. M.
Brown
,
P.
Clark
,
C. J.
Damaren
,
T.
Eifler
,
A. A.
Fraisse
,
M. N.
Galloway
,
J. W.
Hartley
,
M.
Jauzac
,
W. C.
Jones
,
L.
Li
,
T. V. T.
Luu
,
R. J.
Massey
,
J.
Mccleary
,
C. B.
Netterfield
,
S.
Redmond
,
J. D.
Rhodes
,
J.
Schmoll
, and
S.-I.
Tam
,
Proc. SPIE
10702
,
222
236
(
2018
).
16.
F.
Kislat
 et al.,
J. Astron. Inst.
6
,
1740003
(
2017
); arXiv:1701.04536.
17.
E.
Pascale
,
P.
Ade
,
J.
Bock
,
E.
Chapin
,
J.
Chung
,
M.
Devlin
,
S.
Dicker
,
M.
Griffin
,
J.
Gundersen
,
M.
Halpern
,
P.
Hargrave
,
D.
Hughes
,
J.
Klein
,
C.
MacTavish
,
G.
Marsden
,
P.
Martin
,
T.
Martin
,
P.
Mauskopf
,
C.
Netterfield
, and
D. V.
Wiebe
,
Astrophys. J.
681
,
400
(
2008
).
18.
J. A.
Shariff
,
P. A. R.
Ade
,
M.
Amiri
,
S. J.
Benton
,
J. J.
Bock
,
J. R.
Bond
,
S. A.
Bryan
,
H. C.
Chiang
,
C. R.
Contaldi
,
B. P.
Crill
,
O. P.
Doré
,
M.
Farhang
,
J. P.
Filippini
,
L. M.
Fissel
,
A. A.
Fraisse
,
A. E.
Gambrel
,
N. N.
Gandilo
,
S. R.
Golwala
,
J. E.
Gudmundsson
,
M.
Halpern
,
M.
Hasselfield
,
G. C.
Hilton
,
W. A.
Holmes
,
V. V.
Hristov
,
K. D.
Irwin
,
W. C.
Jones
,
Z. D.
Kermish
,
C. L.
Kuo
,
C. J.
MacTavish
,
P. V.
Mason
,
K. G.
Megerian
,
L.
Moncelsi
,
T. A.
Morford
,
J. M.
Nagy
,
C. B.
Netterfield
,
R.
O’Brient
,
A. S.
Rahlin
,
C. D.
Reintsema
,
J. E.
Ruhl
,
M. C.
Runyan
,
J. D.
Soler
,
A.
Trangsrud
,
C. E.
Tucker
,
R. S.
Tucker
,
A. D.
Turner
,
A. C.
Weber
,
D. V.
Wiebe
, and
E. Y.
Young
,
Proc. SPIE
9145
,
297
316
(
2014
).
19.
J.
Montel
,
F.
Mirc
,
E.
Pérot
,
I.
Zenone
,
J.-M.
Nicot
,
N.
Bray
,
A.
Gomes
,
J.
Evrard
,
P.
Tapie
,
P.
Vola
,
B.
Milliard
,
R.
Grange
, and
D.
Schiminovich
, “
Design and improvements of the attitude control system of the FIREBall balloon experiment
,”
Proc. SPIE
9905
,
99053I
(
2016
).
20.
D.
Lang
,
D. W.
Hogg
,
K.
Mierle
,
M.
Blanton
, and
S.
Roweis
,
Astron. J.
139
,
1782
1800
(
2010
).
21.
A.
Brown
,
A.
Vallenari
,
T.
Prusti
,
J.
de Bruijne
,
C.
Babusiaux
,
C.
Bailer-Jones
,
M.
Biermann
,
D.
Evans
,
L.
Eyer
,
F.
Jansen
,
C.
Jordi
,
S.
Klioner
,
U.
Lammers
,
L.
Lindegren
,
X.
Luri
,
F.
Mignard
,
C.
Panem
,
D.
Pourbaix
, and
S.
Randich
,
Astron. Astrophys.
616
,
A9
(
2018
).
22.
W. A.
Joye
and
E.
Mandel
, “
New features of SAOImage DS9
,” in
Astronomical Data Analysis Software and Systems XII
, ASP Conference Series Vol. 295, edited by
H. E.
Payne
,
R. I.
Jedrzejewski
, and
R. N.
Hook
(
ASP
,
2003
), p.
489
.
23.
E.
Bertin
and
S.
Arnouts
,
Astron. Astrophys.
117
,
393
(
1996
).
You do not currently have access to this content.