Tests au Centre Spatial Johnson

Du 13 juillet au 21 octobre, 2017: tests cryo-vide au Centre Spatial Johnson; ils auront duré 93 jours en continu, 24 heures sur 24.

L’imposant miroir primaire du JWST est arrivé du GSFC (Centre de Vol Spatial Goddard) au centre Spatial Johnson (Johnson Space Center, JSC) à Houston (TX), le 16 mai 2017 (il était parti du GSFC le 4 mai). Il fut alors placé verticalement à l’intérieur d’une salle blanche, où il a passé un dernier test cryogénique avant d’être accouplé à l’ISIM (Module des Instrument Scientifiques Intégrés) pour former l’OTIS (OTE + ISIM). Pour préparer ce test, « les ailes » du miroir (qui consiste en trois segments sur chaque côté) ont été ouvertes. La photo ci-joint montre l’aile entièrement déployée et celle qui est sur le point de l’être. OTIS est l’un des deux éléments majeurs qui constituent l’observatoire. L’autre est le vaisseau spatial (plateforme et boucliers thermiques) qui ont été construits par NGAS (Northrop Grumman Aerospace Systems) à Redondo Beach en Californie.

 
 

OTIS fut ensuite placé à l’intérieur de la Chambre A du JSC, où il est resté pratiquement toute l’année 2017. La Chambre A, c’est une énorme cuve refroidie sous vide qui a été utilisée pour les tests finaux du JWST, et qui simule les conditions rencontrés dans l’espace. Elle est célèbre historiquement car elle a été utilisée pour tester le matériel des missions Apollo sur la Lune, y compris, parfois, avec la présence des astronautes qui avaient été installés à l’intérieur de la chambre. Pour réaliser les tests, celle-ci a dû subir d’importantes mises à jour depuis les dernières années. Les modifications furent le fruit d’une collaboration entre les ingénieurs et techniciens du JSC à Houston et ceux du GSFC à Greenbelt (MD). Quelques changements ont été réalisés sur la chambre elle-même et sur les installations environnantes, et d’autres plus importants ont eu trait à la conception, la construction et l’installation de nouveaux équipements pour les tests. Après ces mises à jour, la Chambre A est maintenant le plus grand banc de tests opto-cryogéniques sous vide qui existe au monde! Elle a 16.8 mètres de diamètre pour une hauteur de 27.4 mètres. Le diamètre de la porte principale seule est de 12.2 mètres. Celle-ci pèse 40 tonnes et s’ouvre et se ferme hydrauliquement.

Quelques reliques héritées de l’époque d’Apollo ont dû être enlevées, comme l’étage de la plateforme lunaire, et les lampes de forte intensité qui étaient utilisées pour simuler la radiation solaire à l’intérieur de la chambre. L’infrastructure de l’installation, vieille de 50 ans, comme le système de refroidissement de l’eau et la climatisation, la puissance électrique de secours et son alimentation, le système de circulation d’un flux d’air propre dans la chambre, et le bâtiment dans son ensemble, comme, par exemple, l’imperméabilisation du toit, ont été rafraîchis et améliorés.

 
 
 
 
 
 

Le JWST suspendu dans la « chambre A » du JSC

Par contre, une des nouveautés installées dans la Chambre A fut un carénage d’hélium gazeux froid qui permet de descendre à des températures beaucoup plus froides que celles que l’on pouvait atteindre jusqu’alors. Ceci était nécessaire car le JWST et ses instruments opèrent à des températures proches de 37 degrés Kelvin (K), soit -236 degrés Celsius, alors que l’intérieur de la chambre A ne baignait précédemment « que » dans un environnement de 77 K (-200°C), produit par une circulation d’azote liquide. D’autre part, tester le JWST exige, en plus des températures extrêmement basses, un vide très poussé. Le télescope a aussi besoin d’être équipé d’un système qui puisse le maintenir, lui et le matériel de test, dans un alignement relatif très précis à l’intérieur de la chambre, et doit donc être isolé de toute source de vibrations, comme celle produite par le flux d’azote et d’hélium qui circule dans la plomberie, et le pouls rythmé des pompes à vide. Les ingénieurs ont donc construit une plateforme massive d’acier, suspendue par six tiges d’acier (des isolants de vibration) d’une longueur d’environ 18.2 mètres chacun et de 38.1 mm de diamètre, pour assujettir OTIS. Ils ont aussi installé un équipement sophistiqué pour tester le télescope incluant un interféromètre, un système d’auto-collimation des miroirs plan et un appareil de photogrammétrie pour permettre un examen très précis des caméras. Préalablement à la mise en place de l’OTIS dans la chambre, tout ceci avait été testé avec un télescope de rechange.

Le JWST doit être maintenu en permanence dans un environnement propre pour empêcher la poussière et autres saletés de dégrader ses performances. L’intérieur de la Chambre A est propre, mais le déballage, le dépliage, le repliage et le remballage d’OTIS nécessitent beaucoup d’espace et doivent donc être réalisés à l’extérieur de la cuve. Une grande salle blanche autour de l’entrée bâillante de la Chambre A a donc été construite. Elle contient un système qui permet de hisser le container d’expédition, de le « déshabiller » de son enveloppe de protection, de le déployer, le faire tourner de la position horizontale à la verticale, de le placer sur sa plate-forme, et finalement de le faire glisser sur des rails jusqu’à l’intérieur de la chambre A, le tout dans un environnement ultra-propre! Bien que la nouvelle salle blanche soit grande, elle est à peine assez grande pour ces activités.

Après plusieurs semaines de déballage et de manipulations diverses, le 13 juillet 2017, la porte de la chambre A fut fermée, avec OTIS à l’intérieur, et les tests cryo-vide ont commencé. Ils ont duré 93 jours continus, à un rythme de 24 heures sur 24. Il aura fallu quelques semaines pour tout refroidir à l’intérieur de la chambre et atteindre des températures cryogéniques stables. De la même façon, quelques semaines pour tout réchauffer et retourner à la température ambiante ont été nécessaires. Toutefois chaque minute des 93 jours entiers fut totalement occupée par des tests spécifiques pour vérifier que le télescope fonctionnait tel qu’il avait été conçu pour, et qu’il fonctionnera comme il doit dans l’espace.
 
 
 
 
 
 

Une fois tous les tests cryo-vide terminés avec succès (le 21 octobre 2017), OTIS a été sorti de la chambre A (le 1er décembre 2017).
Après toutes les opérations inverses de celles effectuées pour l’entrée dans la chambre, OTIS a été expédié à Northrop Grumman Aerospace Systems, à Redondo Beach en Californie, où il est arrivé le 2 février 2018, pour être uni à l’élément du vaisseau spatial (le bus et le bouclier thermique), et devenir finalement l’observatoire complet du JWST.

Avant son départ du JSC, OTIS a été placé à l’intérieur d’un container spécialement conçu, appelé le STTARS (« Transporteur du télescope spatial par les airs, la route et la mer », ou Space Telescope Transporter for Air, Road and Sea). Ce container a été ensuite chargé dans un avion militaire US Charlie C-5, sur la base de Ellington, très proche de Johnson. De là, OTIS a pris son envol pour l’aéroport international de Los Angeles, pour être ensuite conduit par route dans les installations de Northrop Grumman.

OTIS a été déballé durant la première semaine de mars, et installé dans la salle blanche de NGAS. L’état du simulateur de télescope, du système électrique, de la structure, et des miroirs sera contrôlé, ce qui est nécessaire après le voyage, à la suite de quoi OTIS gagnera le statut WIF5 (Instrument fonctionnel à température ambiante), ce qui devrait avoir lieu en début mai 2018. L’intégration d’OTIS avec le bus du vaisseau spatial commencera après les tests de vibration qui seront effectués durant l’été 2018, c’est-à-dire vers la fin septembre. Nous aurons enfin alors un observatoire complet!

Des derniers tests de vibration de l’ensemble de l’observatoire auront lieu à la fin de l’année 2018 avant l’embarquement pour Kourou, en Guyane Française.

Une vidéo du voyage de OTIS dans le STTARS réalisée par le Centre Spatial Goddard de la NASA est disponible ici.

(Crédits pour les photos: NASA/Chris Gunn)

Publié dans JWST