Le télescope spatial James Webb de la NASA est sur le point de prendre sa forme finale

Le télescope spatial James Webb de la NASA est sur le point de prendre sa forme finale

L'incroyablement puissant télescope spatial James Webb de la NASA est dans l'espace depuis trois jours maintenant, mais la partie la plus risquée de son voyage dans l'espace lointain vient peut-être de commencer. Bientôt, le télescope lancera une danse mécanique chorégraphiée de manière complexe alors qu'il déforme lentement sa forme et se déploie, afin d'atteindre sa forme finale pour observer le cosmos lointain.

C'est un type d'origami de l'espace inversé qui n'a jamais été réalisé auparavant , mais il est absolument nécessaire que le télescope spatial James Webb, ou JWST, remplisse sa mission. Le télescope était tout simplement trop massif pour être lancé sur n'importe quelle fusée opérationnelle lorsqu'il était complètement déployé. Ainsi, lorsqu'il s'est catapulté dans l'espace au sommet d'une fusée européenne Ariane 5 le jour de Noël, il a fait le voyage éprouvant replié sur lui-même comme le couteau suisse le plus cher du monde.

Au cours de la Les deux prochaines semaines, JWST va se tordre et se remodeler – en déployant un faisceau ici, un miroir là-bas – jusqu'à ce qu'il soit complètement configuré pour scruter les parties les plus profondes de l'Univers. « Nous appelons parfois Webb le » télescope transformateur «  », a déclaré Amy Lo, l'ingénieur des alignements JWST chez Northrop Grumman, l'entrepreneur principal du télescope Le bord. C'est un processus intimidant avec des centaines de pièces mobiles que les ingénieurs ont testées maintes et maintes fois sur le terrain, car il doit être tout simplement irréprochable. Mais il y a de nombreux points en cours de route où la défaillance d'un petit mécanisme de déclenchement ou d'une poulie pourrait compromettre l'avenir de l'ensemble de la mission JWST. Alors que les contrôleurs de mission au sol disposent de quelques techniques de dépannage qu'ils peuvent utiliser si quelque chose se bloque, en fin de compte, le vaisseau spatial JWST doit effectuer chaque déploiement lui-même à la perfection.

JWST complètement replié sur le dessus de la fusée Ariane 5 avant le lancement.

Image: NASA / Chris Gunn

JWST se dirige vers une destination finale à environ 1 million de kilomètres de la Terre, et le Il n'y a pas de fusées ou de vaisseaux spatiaux opérationnels qui puissent amener en toute sécurité les astronautes à une telle distance pour donner au télescope une mise au point. Et même si les humains pouvaient l'atteindre, JWST n'est tout simplement pas conçu pour être utilisable. Donc, si le télescope se brise de manière fondamentale, c'est tout pour une mission qui exécute la NASA pour un total de 9,7 milliards de dollars.

Tout cela peut sembler une complexité inutile pour une mission de cette ampleur, mais il n'y a jamais eu de chemin facile pour JWST, selon la NASA. « En fait, je crois fermement qu'il n'est pas possible de simplifier les choses avec les contraintes que nous avons », a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la direction des missions scientifiques de la NASA Le bord. « C'est ce que c'est. »

Les concepteurs de JWST savaient depuis le début que leur création devrait se dérouler dans l'espace. En 1996, lorsque les scientifiques ont proposé pour la première fois de fabriquer un télescope comme celui-ci, l'administrateur de la NASA à l'époque, Dan Goldin, a mis les ingénieurs au défi de créer le vaisseau spatial avec un miroir primaire pouvant atteindre huit mètres de large. En fin de compte, les concepteurs ont opté pour un miroir de 6,5 mètres ou 21 pieds de diamètre, mais ce décret a déterminé le destin plié de JWST.

C'est parce que les plus grosses fusées qui volent actuellement ne sont pas assez larges pour transporter un miroir de cette taille. Chaque fois que vous lancez quelque chose dans l'espace, le vaisseau spatial doit s'adapter à l'intérieur du carénage de la charge utile d'une fusée – la structure bulbeuse qui se trouve au sommet de la fusée tout au long de la première partie du vol. Le carénage est essentiel, car il enveloppe le vaisseau spatial pendant le lancement, protégeant la charge utile de l'atmosphère jusqu'à ce qu'il atteigne l'espace. Cependant, la largeur du carénage est un facteur limitant majeur pour la conception d'un engin spatial, puisque le véhicule doit tenir à l'intérieur. C'est un problème que les acteurs de l'industrie spatiale appellent souvent la « tyrannie du carénage ».

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Le miroir principal de JWST est replié par rapport à complètement déployé

NASA/ Chris Gunn

La fusée Ariane 5 possède l'un des carénages de charge utile les plus larges actuellement sur le marché, s'étendant sur 5,4 mètres, soit près de 18 pieds de large. Mais c'est encore trop petit pour loger le miroir de JWST complètement déployé. Ainsi, dès le départ, les concepteurs de la mission JWST ont construit le miroir en segments, avec deux volets de chaque côté qui pouvaient pivoter vers l'intérieur et l'extérieur. C'était un défi de conception majeur, car les segments doivent se réunir pour se comporter comme un seul miroir plat afin de recueillir la lumière du cosmos lointain. «Déployer un miroir primaire n'a jamais été fait auparavant en orbite dans l'espace», déclare Lo.

JWST déploiera ses rabats de rétroviseurs environ 12 à 13 jours après le lancement. Mais avant que cela ne se produise, l'observatoire a un déploiement encore plus complexe qu'il doit mener à bien, un déploiement qui prendra jusqu'à six jours. Il s'agit du déploiement du pare-soleil de JWST, un appareil complexe conçu pour bloquer la chaleur du soleil et garder le télescope au frais lorsqu'il est dans l'espace. Bien que le processus de déploiement soit conçu pour être flexible et que les choses puissent changer, la première étape du déploiement du pare-soleil est censée commencer aujourd'hui, ce qui signifie que presque toutes les personnes associées à cette mission retiendront leur souffle pour la semaine prochaine. « Le pare-soleil lui-même est – de tous nos déploiements – celui qui est le plus complexe », Lee Feinberg, le télescope optique gestionnaire d'éléments pour JWST au Goddard Space Flight Center de la NASA, raconte The Verge. «Il a les pièces les plus mobiles.»

Le pare-soleil est une caractéristique nécessaire en raison de la conception du JWST. Le télescope observera des étoiles et des galaxies lointaines dans l'infrarouge, un type de lumière invisible à nos yeux mais émise par tout ce qui contient de la chaleur. Mais pour collecter des photons infrarouges, JWST doit fonctionner à une température incroyablement froide, aussi basse que -370 degrés Fahrenheit. S'il fait trop chaud, le télescope peut émettre trop de son propre lumière infrarouge, qui pourrait interférer avec les observations du vaisseau spatial de l'Univers.

Le couches de pare-soleil de JWST étendues et tendues.

Image: NASA / Chris Gunn

Entrez le soleil shield, qui fournit un écran solaire impressionnant pour JWST. Le bouclier se compose de cinq couches ultrafines d'un matériau brillant appelé Kapton, chaque couche ayant la taille d'un court de tennis. La couche la plus externe sera toujours face au soleil et obtiendra la majeure partie de sa chaleur, fonctionnant à une température torride de 230 degrés Fahrenheit. Mais chaque couche successive sera de plus en plus froide, de sorte que les instruments de JWST restent agréables et cryogéniques.

Les membranes réfléchissant la chaleur du bouclier sont si délicates qu'un soin et une ingénierie supplémentaires étaient nécessaires afin d'étendre les couches vers l'extérieur dans l'espace et de les tendre sans déchirer. « Il existe des systèmes qui étalent les couches et les tendent », explique Feinberg. «C'est un peu comme une voile sur un bateau en termes de façon de le remonter.»

L'ensemble du processus repose sur des centaines de pièces mobiles différentes, y compris jusqu'à 140 mécanismes de déclenchement, 400 poulies, 70 assemblages de charnières et 90 câbles, selon la NASA. Il existe également divers plans d'urgence en place au cas où un déploiement ne se déroulerait pas comme prévu. La NASA a la possibilité de renvoyer des commandes au télescope, au cas où la première commande ne déclencherait pas de mouvement. Les ingénieurs ont également intégré autant de redondances que possible dans le vaisseau spatial. Il existe des zones avec plusieurs circuits qui peuvent effectuer la même tâche, au cas où le circuit principal ne se déclencherait pas correctement.

Mais il y a des moments où il n'y a vraiment pas d'options de sauvegarde. Tout au long du processus de déploiement, il y a plus de 300 événements connus sous le nom de « défaillances ponctuelles ». Ce sont les déploiements que ont

pour fonctionner comme prévu, car ils ne peuvent pas être construits avec redondance. « Les échecs ponctuels sont de petites choses amusantes. Ils sont beaucoup utilisés », dit Tiens. « Et techniquement, ce qu'ils veulent dire, c'est que cette chose doit se produire. » JWST s'appuie fortement sur eux tout au long du processus de déploiement. Par exemple, un total de 107 dispositifs de libération sont nécessaires pour libérer les membranes de pare-soleil, leur permettant de se déployer pleinement. Tous les 107 de ces appareils sont des défaillances ponctuelles, selon Lo.

NASA n'est pas étranger aux défaillances ponctuelles, cependant. Lorsque l'agence spatiale a fait atterrir son rover Perseverance sur Mars en février, la séquence d'atterrissage comportait environ 100 défaillances ponctuelles, selon Zurbuchen. Tout l'atterrissage s'est parfaitement déroulé. De plus, la NASA et Northrop Grumman ont testé les différents déploiements de JWST sur le terrain au cours des deux à trois dernières années, les répétant de manière complexe pour le spectacle final. Chaque composant a d'abord été testé individuellement au sol des dizaines de fois, avant d'être ajouté au vaisseau spatial. Et puis l'ensemble du télescope a été plié et déplié plusieurs fois comme une unité cohésive.

« Alors, avons-nous confiance que nous allons nous déployer sur orbite ? Oui, nous le faisons », dit Lo. «Et la raison en est que nous passons par des tests aussi rigoureux à partir du niveau du sol.» Les tests de JWST ont duré de nombreuses années sur le terrain plus longtemps que prévu, mais il a dû être rigoureux en raison de son incapacité à être réparé. C'est l'une des plus grandes différences entre JWST et son prédécesseur, le télescope spatial Hubble, qui orbite autour de la Terre depuis 1990. Hubble a été délibérément conçu pour obtenir des mises au point en orbite en visitant des astronautes ; JWST n'a pas cette capacité. De plus, envoyer des humains au télescope introduirait de toute façon trop de chaleur. « Même si vous mettez une combinaison spatiale autour de vous ou de moi, il fait toujours beaucoup plus chaud que l'environnement du télescope », explique Zurbuchen. Bien qu'une mission de service humain ne soit pas réalisable pour JWST, la NASA a fait un petit ajustement de conception au cas où l'agence voudrait donner au télescope une mise au point un jour. Des autocollants en forme de croix sont inclus au dos de JWST. Ils sont censés servir de cibles, pour aider à guider un visiteur potentiel de vaisseau spatial robotique vers JWST à l'avenir. Au cours de la dernière décennie, diverses sociétés spatiales ont travaillé sur des «satellites d'entretien», conçus pour rattraper les satellites déjà dans l'espace et les saisir, soit pour faire le plein de leurs réservoirs, soit pour modifier des composants vieillissants. Il est possible qu'un jour, la NASA veuille envoyer un satellite de service à JWST pour ajouter plus de propulseur aux réservoirs du télescope, prolongeant ainsi son temps dans l'espace. Si cela se produit, les cibles fourniront un point de référence pour l'endroit où le vaisseau spatial en visite doit se fixer pour remplir le réservoir de JWST. Cependant, personne à la NASA ne pense même à une telle mission de ravitaillement en ce moment. Toutes les personnes associées à JWST se concentrent directement sur les déploiements. Et une fois que le télescope sera complètement déployé au cours des deux prochaines semaines, il reste encore beaucoup de travail à faire alors que l'observatoire voyage dans l'espace lointain. La NASA continuera d'ajuster très légèrement les miroirs de JWST, en veillant à ce qu'ils s'alignent tous comme prévu. Et puis environ 29 jours après le lancement, le télescope exécutera une dernière combustion de ses propulseurs, le mettant dans sa position finale dans l'espace lointain. À ce stade, le travail ne fait que commencer. Le personnel de la mission testera et étalonnera ensuite tous les instruments de JWST pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement. Ce processus prendra des mois, les opérations scientifiques devant commencer cet été. Donc, même si JWST se déploie comme prévu après deux semaines, l'anxiété ne s'arrête pas vraiment. « C'est à ce moment-là que je pense que beaucoup d'entre nous pousseront un soupir de soulagement, mais bien sûr, les instruments et la mise en phase du miroir ne feraient que commencer », a déclaré Lo. « Un autre groupe de personnes – les constructeurs d'instruments, les concepteurs, les ingénieurs et les scientifiques – commenceraient à peine à retenir leur souffle. »

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