Bonne Année! Et dernières nouvelles de 2020…

Bonne année! 2021 est arrivé. Une nouvelle année apporte de l’espoir, des attentes et des promesses. En ce qui concerne la communauté astronomique et astronautique, le lancement tant attendu du JWST, qui nous promet une multitude de découvertes liées à notre compréhension de l’univers, aura lieu cette année.

2020 a été une année de progrès monumentaux pour le JWST.

Juste avant que ne se clôture une année riche en péripéties, le plus grand et le plus puissant observatoire spatial au monde a franchi une série de jalons techniques dans les installations de Northrop Grumman (NGSC) à Redondo Beach, en Californie, en prévision de son lancement. Ces succès témoignent du travail acharné et de l’ingéniosité des ingénieurs et des techniciens de mission, qui ont persévéré pour surmonter les défis sans précédent posés par la pandémie actuelle de COVID-19.

Une étape très importante des essais a été franchie le 18 novembre 2020 avec le déploiement réussi d’une structure critique qui joue un rôle important dans la façon dont l’observatoire se déploiera une fois dans l’espace : l’ensemble « tour déployable » fait en effet partie intégrante du fonctionnement et du soutien des structures du vaisseau spatial et du télescope. Il aide également le JWST à maintenir ses températures de fonctionnement nécessaires en séparant ses miroirs de la face du soleil comparativement plus chaud et du bus spatial.

Ingénieurs et techniciens inspectent le DTA avant les tests.

Un peu auparavant (septembre – octobre 2020, voir actualités), la tour avait été déployée avec succès au cours de la phase finale d’essais post-environnementaux du télescope entièrement assemblé dans les locaux de NGSC. L’ensemble de la tour déployable ressemble à un gros tuyau noir épais et est fabriqué en matériau composite graphite-époxy pour assurer stabilité et résistance aux changements extrêmes de température comme ceux rencontrés dans l’espace. La tour dispose de deux grands tubes télescopiques imbriqués, reliés par une vis-mère mécanisée. C’est une structure qui est à la fois très légère et extrêmement solide et stable.

Plusieurs jours après le lancement du JWST, la tour se déploiera pour séparer les miroirs du télescope et les instruments du bus spatial. Cette séparation isole efficacement le télescope des vibrations et éconduit la chaleur provenant du bus spatial. De plus, cette extension permet au reste des composants déployables du JWST, comme son écran solaire et son miroir primaire, d’avoir suffisamment d’espace pour faire leur propre séquence de mouvements complexes par la suite. Cet espacement intentionnel de la tour permet également à l’écran solaire d’isoler correctement le télescope et les instruments de la chaleur rayonnante et de la lumière parasite du Soleil et de la Terre.

« Le mois dernier, les réponses de l’accéléromètre pendant les essais acoustiques et les inspections visuelles initiales ont été un guide approximatif pour montrer que Webb fonctionnait correctement. La preuve en est le Comprehensive Systems Test post-environnement et les différents déploiements, y compris l’extension de la tour déployable »

Paul Geithner, chef de projet adjoint Technique du JWST au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (Maryland).

Bien que la tour sera déployée deux fois de plus avant le lancement, ce test représente le début de la séquence finale de déploiement et de vérification complète du JWST avant que le vaisseau soit expédié à Kourou, en Guyane française.


Le DTA du JWST (Deployable Tower Assembly – Assemblage de la tour déployable) est entièrement déployé sur cette photo prise à Northrop Grumman Corporation à Redondo Beach, en Californie. Le bus spatial est en dessous avec un petit aperçu de l’écran solaire.
Crédits : Northrop Grumman Corp.

Après l’extension de la tour, le pare-soleil complexe de l’observatoire était prêt à être déployé et tendu pour la dernière fois sur Terre. De la taille d’un court de tennis, l’écran solaire du JWST est fait de cinq couches distinctes. Il a été entièrement assemblé, et a passé avec succès une série finale de tests de déploiement et de tension à grande échelle à la fin de l’année 2020 (le 18 décembre). Ce jalon rapproche l’observatoire de son lancement en 2021.

« Il s’agit de l’une des plus grandes réalisations de Webb en 2020. Nous avons été en mesure de synchroniser précisément le mouvement de déploiement de façon très lente et contrôlée et de maintenir sa forme critique de cerf-volant, ce qui signifie qu’il est prêt à exécuter ces actions dans l’espace. »

Alphonso Stewart, responsable des systèmes de déploiement du JWST pour le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (GFSC), au Maryland.

L’écran solaire protège le télescope et réfléchit la lumière et la chaleur de fond du Soleil, de la Terre et de la Lune dans l’espace. L’observatoire doit être gardé au froid pour accomplir la science révolutionnaire escomptée dans la lumière infrarouge, cette lumière qui est invisible pour les yeux humains et ressentie comme de la chaleur.

Dans l’ombre de l’écran solaire, les technologies innovantes et les capteurs infrarouges sensibles du JWST permettront aux astronomes d’observer des galaxies lointaines et d’étudier de nombreux autres objets intrigants dans l’univers, voire d’étudier les atmosphères d’exoplanètes.

Les techniciens inspectent soigneusement l’écran solaire du JWST pendant son déploiement, avant d’effectuer une analyse post-test complète pour s’assurer que l’observatoire fonctionnera comme prévu. Crédits : NASA/Chris Gunn

Le maintien de la forme de l’écran solaire implique un processus délicat et compliqué.

« Félicitations à toute l’équipe. En raison de la grande taille du JWST et des exigences de performance rigoureuses, les déploiements sont incroyablement complexes. En plus de l’expertise technique requise, cet ensemble de tests a nécessité une planification détaillée, une détermination, de la patience et une communication ouverte. L’équipe a prouvé qu’elle avait tous ces attributs. C’est incroyable de penser que la prochaine fois que le pare-soleil du JWST sera déployé, il sera à des milliers de kilomètres de là, se précipitant à travers l’espace ».

James Cooper, responsable du pare-soleil du JWST au GSFC.

Les membranes enduites de polymère Kapton® de l’écran solaire de Webb ont été entièrement déployées et tendues du 12 au 18 décembre au NGSC, en Californie (Northrop Grumman a conçu le pare-soleil de l’observatoire pour le compte de la NASA).

Pendant les essais, les ingénieurs ont envoyé une série de commandes qui a activé 139 actionneurs, huit moteurs et des milliers d’autres composants pour déplier et étirer les cinq membranes de l’écran solaire dans sa forme tendue finale. Une partie difficile de ces tests consistait à déployer l’écran solaire dans l’environnement gravitationnel de la Terre, ce qui provoque des frictions, contrairement au matériel déployé dans l’espace sans les effets de la gravité. Dans le cadre de cet essai, deux structures de palettes qui maintiennent l’écran solaire à la verticale se sont repliées, puis deux énormes « bras » de l’écran solaire se sont lentement tournés vers l’extérieur, tirant les membranes repliées avec eux.  

C’est une danse très lentement, et très précisément, chorégraphiée. Une fois les bras verrouillés dans leur position horizontale, les membranes de l’écran solaire ont été tendues individuellement en commençant par la couche inférieure, jusqu’à ce qu’elles se séparent lorsque l’écran est entièrement déployé.

Le grand écran solaire divise l’observatoire en un côté chaud et orienté vers le Soleil (environ 85°C) et un côté orienté vers l’espace froid (-230°C) composé d’optique et d’instruments scientifiques. L’écran solaire protégera l’optique et les capteurs de l’observatoire, de sorte qu’ils restent à des températures extrêmement froides pour que les instruments d’observation puissent fonctionner.

« Ce nouveau jalon indique que le JWST est sur la dernière ligne droite avant le lancement. Nos ingénieurs et techniciens ont réalisé des progrès incroyables en matière d’essais ce mois-ci, réduisant ainsi les risques importants pour le projet en réalisant ces jalons pour le lancement l’an prochain. L’équipe se prépare maintenant pour les derniers essais de déploiement post-environnemental à l’observatoire au cours des deux prochains mois avant l’expédition au site de lancement l’été prochain. »

Bill Ochs, chef de projet au centre spatial Goddard de la NASA (GFSC).
Sur cette photo, le miroir principal du JWST n’est pas déployé et le bouclier thermique (pare-soleil) n’est pas encore complètement tendu. Crédits: NASA/Chris Gunn

Après cette mise en tension réussie, chacune des cinq couches sera maintenant soigneusement repliée, arrimée et fixée à l’aide de 107 dispositifs de libération de membrane individuels qui protègent les membranes de la turbulence d’un lancement de fusée dans l’espace. Le processus de pliage et de rangement de l’écran solaire du JWST nécessite près de deux mois pour fonctionner correctement au sol. C’est la dernière fois que l’écran solaire du télescope spatial James Webb aura été complètement déployé sur Terre.

L’écran thermique est maintenant tendu et les ingénieurs procèdent à l’examen minutieux de l’état de tous ses composants. Crédits : NASA/Chris Gunn

Le JWST a passé avec succès d’autres tests de déploiement rigoureux au cours de son développement, qui ont permis de découvrir et de résoudre des problèmes techniques avec le vaisseau spatial. Ces derniers tests confirment qu’une fois en orbite, l’observatoire et ses nombreux systèmes redondants fonctionneront parfaitement.

Une année difficile s’est donc achevée, certes, et pourtant pleine de succès et de prouesses techniques, qui laissent augurer le meilleur pour ce qui attend la communauté scientifique et le public en général.

Bonne et riche année en perspective ! L’équipe française pour le JWST et le Centre d’Expertise pour MIRI (MICE) adressent à tous les lecteurs de ces pages leurs plus chaleureux vœux de santé et de réussite.

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