30 jours de terreur : la logistique du lancement du télescope spatial James Webb

De retour lors de la Superconférence 2019 à Pasadena, j’ai eu la chance de me rendre sur le campus de Redondo Beach de Northrop Grumman pour jeter un coup d’œil au télescope spatial James Webb. Il y a la salle blanche de grande hauteur de classe 10 000+ dans le bâtiment M8, ma femme et moi, ainsi que Tom Nardi, un nerd de l’espace, avons eu la chance d’examiner ce qui est probablement l’objet unique le plus cher jamais fabriqué. L’observatoire spatial de 10 milliards de dollars subissait ce que nous pensions être ses derniers tests avant d’être emballé et envoyé en route vers sa maison pour toujours au point L2 de Lagrange.

Malheureusement, en raison de difficultés techniques et de la pandémie de COVID-19, il faudra encore deux ans avant que JWST ne soit réellement prêt à être expédié – ce n’est pas une nouvelle histoire pour le projet, Mike Szczys a visité la même installation en 2015. Mais la bonne nouvelle est qu’il a finalement expédié, faisant les premiers pas très, très lents de son voyage dans l’espace.

L’étape terrestre du voyage et le voyage à travers 1,5 million de kilomètres d’espace sont semés d’embûches, d’un genre différent, bien sûr, mais toujours avec beaucoup de chances d’événements ayant un impact sur la mission. Voici un aperçu de ce à quoi l’observatoire inestimable et tant attendu devra faire face en cours de route, et comment ses gardiens supporteront les «30 jours de terreur» qui les attendent.

Terre, mer et air

Cela peut sembler évident, mais le télescope spatial James Webb est grand. Les images capturent mal l’échelle de la chose, et même lorsqu’elles montrent des gens qui y travaillent, cela n’a pas grand-chose à voir avec l’expérience de rester là à regarder la chose. Le JWST est grand d’une manière qu’aucun autre objet dont j’ai été près n’a ressenti. Il vous domine, une chose disgracieuse même dans l’état semi-plié dans lequel nous l’avons vu. Et en regardant la taille et la complexité de la structure, et surtout son apparente fragilité, toute personne ayant une curiosité en ingénierie se demande comment diable ils ‘ allez réussir à déplacer cette chose en toute sécurité.

Télescope spatial James Webb (JWST)
Un modèle grandeur nature du télescope spatial James Webb

Bien entendu, JWST est conçu pour être déplacé et pour s’adapter à l’intérieur du carénage de 5,4 mètres de la fusée Ariane qui le mettra en orbite. Mais avant d’être intégré à sa fusée, le télescope a dû être plié dans son conteneur d’expédition sur mesure. Le Space Telescope Transporter for Air, Road, and Seas (STTARS) est essentiellement une salle blanche mobile conçue pour contenir Webb dans la même configuration pliée qu’elle sera pour son voyage dans l’espace.

STTARS avait déjà été utilisé pour transporter Webb à plusieurs reprises alors qu’il était transporté vers diverses installations de la NASA pour les tests et l’assemblage, mais le 24 septembre 2021, Webb a commencé son dernier voyage dans STTARS. Après avoir été emballé, le conteneur d’expédition a été chargé sur un semi-remorque spécial surdimensionné. Aux petites heures du matin, le conducteur aux nerfs d’acier George Ardelean a piloté la lourde charge sur 26 miles (42 km) à travers les rues et les autoroutes de Los Angeles jusqu’à la Naval Weapons Station Seal Beach, où son trajet pour la prochaine étape de son voyage, le cargo MN Colibri, attendu.

Le 26 septembre, le MN Colibri a décollé du quai et s’est dirigé vers le sud et l’est à destination du port spatial de l’Agence spatiale européenne à Kourou, en Guyane française. Il a été suivi par une équipe d’ingénieurs de la NASA qui a surveillé la santé du vaisseau spatial au cours de son voyage de 16 jours, qui comprenait un passage par le canal de Panama. À son arrivée à Kourous, Webb a été transporté par camion vers l’installation d’intégration de l’ESA, où il a été déballé de STTARS et transféré dans une autre salle blanche pour les tests finaux, le ravitaillement et l’intégration avec le lanceur Ariane 5.

30 jours de terreur

En supposant que tout se passe bien avec les tests et l’intégration, Webb devrait être lancé le 18 décembre 2021 à 7h20 HNE. Le lancement commence un voyage d’environ un mois jusqu’au domicile de l’observatoire au point de Lagrange L2, au cours duquel l’un des 300 éléments à défaillance unique pourrait saborder la mission. À l’instar des « sept minutes de terreur » auxquelles les missions d’atterrissage sur Mars sont confrontées, les assistants de Webb seront confrontés à 30 jours d’incertitude et parfois à un suspense acerbe.

Au cours du trajet de huit minutes vers l’espace, Webb sera soumis aux indignités habituels des vols spatiaux, contre lesquels il a été minutieusement testé. À partir de 30 minutes environ, le premier jalon – le déploiement des panneaux solaires de l’observatoire – aura lieu. C’est le premier des 50 déploiements, et c’est une étape critique puisque le télescope a besoin de la puissance de ces panneaux ; il n’a pas d’autre source d’alimentation à bord. Une fois le panneau solaire déployé et testé, l’antenne à gain élevé sera déployée et testée.

Environ 12 heures après le début de la mission, Webb allumera ses moteurs pour le mettre sur la bonne voie pour L2. Trois jours plus tard, les palettes de pare-soleil qui sont rangées le long des côtés avant et arrière du rétroviseur principal se replieront dans leur position finale. Une fois cela terminé, le mât tenant le miroir principal sera soulevé pour dégager le pare-soleil. Même si les pare-soleil seront toujours pliés à ce stade, ils présentent toujours une surface importante au vent solaire, de sorte que les volets compensateurs à l’extrémité de chaque palette sont déployés pour aider à ajuster la pression.

Boucliers!

Le déploiement complet du pare-soleil est sans aucun doute la partie la plus sommaire de l’ensemble du processus. Le pare-soleil se compose de cinq feuilles de Kapton métallisées distinctes, chacune de la taille de trois courts de tennis. Chacun doit être déroulé, étendu à sa taille maximale, serré et espacé verticalement pour que le pare-soleil fasse son travail. Cela nécessite l’action coordonnée de 140 mécanismes de déclenchement, 70 charnières, huit moteurs de déploiement, environ 400 poulies et près de 400 mètres de câble à accomplir, sans parler des capteurs, des faisceaux de câbles et des ordinateurs pour tout contrôler. Il faudra environ deux jours pour terminer le déploiement du pare-soleil.

Une fois le pare-soleil déployé et tendu, le déploiement optique commencera, environ 10 jours après le début de la mission. Le processus commence par le rétroviseur secondaire, qui repose sur une flèche triangulaire repliée contre la section centrale du rétroviseur principal. Cela fait place aux deux ailes latérales du miroir principal, chacune contenant trois des 18 miroirs hexagonaux au total en béryllium plaqué or.

Un certain nombre d’autres étapes, telles que les déploiements de radiateurs, le démarrage du refroidisseur cryogénique et les vérifications du système, sont également effectuées pendant le déploiement, mais le vaisseau spatial sera en configuration opérationnelle vers le 14e jour de la mission. C’est le meilleur des cas, bien sûr – les opérateurs de mission ont encore environ deux semaines pour que tout soit juste avant que Webb n’arrive à la station et n’assume son orbite de halo autour de L2. Les contrôleurs auront encore beaucoup de travail à faire, notamment amener les instruments à la température de fonctionnement et régler soigneusement le miroir principal. Chaque segment du miroir est équipé de servos qui peuvent légèrement déformer sa surface ; les servos étaient clairement visibles sur l’échantillon de miroir exposé à l’usine de Northrop Grumman, et le tout était une merveille d’ingénierie. Les opérateurs aligneront soigneusement chaque segment du miroir principal, ainsi que le miroir secondaire et le miroir de direction fin situé au centre du miroir principal, pour former un système optique aussi parfait que possible.

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Chacune des étapes entre Redondo Beach et L2 est essentielle au succès du télescope spatial James Webb. Le fait que les planificateurs de mission et les ingénieurs aient réussi les 5 800 premiers miles (9 300 km) du voyage sans aucun incident majeur est rassurant, mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir. En espérant que l’équipe de Webb parcoure les prochains millions de kilomètres avec le même aplomb, et que l’instrument très retardé et très attendu commence à tenir ses promesses pour une science de classe mondiale et un retour au début de l’univers.

[Featured images: NASA]