En dépit des circonstances sanitaires, les tests continuent à Redondo Beach

L’évolution de la situation liée à la COVID-19 entraîne des répercussions et des perturbations importantes à l’échelle mondiale. À la suite des procédures de sécurité personnelle renforcées mises en œuvre en mars en raison de la COVID-19, l’équipe de Northrop Grumman du JWST en Californie a poursuivi en juillet et août 2020 les travaux d’intégration et d’essai dans la salle blanche avec un personnel et des quarts de travail considérablement réduits sur place. À partir de la fin de mai, l’équipe a repris ses activités de salle blanche presque à plein temps. L’équipe évalue actuellement les répercussions sur la date de lancement fixée maintenant au 31 octobre 2021.  

En effet, maintenant que le JWST est assemblé dans sa forme finale, les équipes en charge des essais peuvent procéder à une analyse critique, aussi bien au point de vue du logiciel que de l’électronique, sur l’ensemble de l’observatoire, considéré comme un seul véhicule entièrement connecté.

 

Connu sous le nom de Comprehensive Systems Test ou CST, il s’agit de la première évaluation complète des systèmes jamais réalisée sur l’observatoire assemblé, et l’une des activités finales que l’équipe effectuera pour la première fois. Des évaluations de performance similaires ont été effectuées dans l’histoire du JWST, utilisant des simulations et des substituts pour inférer des données sur des morceaux de l’engin spatial qui n’avaient pas encore été assemblés. 

 

Maintenant que l’observatoire est entièrement construit, les simulations et les simulateurs ne sont plus nécessaires, et les ingénieurs peuvent évaluer en toute confiance ses performances logicielles et électroniques.

Evaluation

À la suite de l’assemblage complet du JWST, des équipes d’essais ont effectué une évaluation complète des systèmes qui leur a permis d’évaluer en toute confiance les performances logicielles et électroniques de l’observatoire en tant que véhicule entièrement connecté 

 

(Crédits : NASA/Chris Gunn).

L’importance des tests ne peut être sous-estimée dans le développement de logiciels. Chaque unité de code doit être testée au fur et à mesure qu’elle est écrite, puis testée de nouveau au fur et à mesure qu’elle est combinée en composantes logicielles de plus en plus grandes. Les tests doivent être relancés chaque fois qu’un bug est corrigé, ou qu’une fonctionnalité est ajoutée, pour vérifier que le code modifié ne propage pas des comportements inattendus et indésirables dans le système. Pour effectuer le test, le personnel a été affecté 24 heures sur 24, pendant 15 jours consécutifs, et environ 1070 scripts ou séquences d’instructions ont été écris, et près de 1370 étapes de procédure ont été exécutées.

La dernière série de tests déterminera si le JWST est prêt pour le lancement. Le CST qui vient d’être terminé (août 2020) établit une base de référence pour le rendement fonctionnel électronique. Dans quelques mois, après que l’observatoire aura terminé sa prochaine et dernière série de tests acoustiques et de vibrations qui simuleront les rigueurs du lancement, l’équipe effectuera une autre analyse complète du système. Ces tests devraient avoir lieu en octobre 2020. Les ingénieurs compareront ensuite les résultats « avant et après » : ceux-ci devraient être les mêmes, indiquant que l’ensemble de l’engin spatial résistera aux rigueurs du lancement et fonctionnera comme prévu dans l’espace.

Tests

Des tests de systèmes complets comme celui effectué récemment aident à assurer le succès des missions en vérifiant que l’électronique et le logiciel du JWST fonctionnent tous à l’unisson 

 

(Crédits : Northrop Grumman)

Je n’ai jamais vu autant d’efforts et de collaboration inter-services mis en œuvre pour réunir autant d’équipes et de personnes dans autant de domaines différents, afin de réaliser un objectif commun avec autant de succès. Nous sommes très fiers, et nous nous sentons personnellement récompensés par ce que nous avons pu accomplir au cours de la dernière année pour assembler le JWST dans sa forme finale. Avec l’achèvement de cette dernière évaluation des systèmes, nous pouvons avancer en toute confiance sachant que l’assemblage était un succès.
Randy Pollema
responsable principale de l’intégration électronique et des tests à Northrop Grumman à Redondo Beach (Californie)

Le segment Sol a été testé avec succès

Le 24 août 2020, les équipes de recherche ont franchi avec succès une étape critique visant à démontrer que le télescope spatial James Webb répondra aux commandes une fois dans l’espace.

Connu sous le nom de « Ground Segment Test », c’est la première fois que des commandes de mise sous tension et de mise à l’essai des instruments scientifiques du JWST sont envoyées à l’observatoire entièrement assemblé depuis son centre des opérations de la mission au Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, au Maryland.

Etant donné que la communication avec le JWST dans l’espace est une priorité, des tests comme ceux-ci font partie d’un processus complet conçu pour valider et s’assurer que toutes les composantes de l’observatoire fonctionneront dans l’espace avec les réseaux de communication complexes impliqués à la fois dans l’envoi des commandes et la liaison descendante des données scientifiques. Ce test a démontré avec succès le flux complet de bout en bout entre la planification de la science que le JWST effectuera et l’affichage des données scientifiques dans les archives de la communauté.

C’était la première fois que nous faisions cela avec le matériel de vol et le système au sol. Nous avions effectué des parties de ce test au moment de l’assemblage de l’observatoire, mais il s’agit de la toute première opération de bout en bout entre l’observatoire et le segment au sol, qui a connu un franc succès. Il s’agit d’une étape importante pour le projet, et c’est une grande source de satisfaction de constater que le JWST travaillera comme prévu
Amanda Arvai
chef adjointe des opérations de mission à STScI au Maryland

Dans ce test, les commandes pour activer, déplacer et faire fonctionner séquentiellement chacun des quatre instruments scientifiques du JWST ont été relayées depuis le centre des opérations de la mission. Pendant le test, l’observatoire a été traité comme s’il était à un million et demi de kilomètres en orbite. Pour ce faire, l’équipe des opérations aériennes a connecté le vaisseau spatial au « Deep Space Network », un réseau international d’antennes radio géantes que la NASA utilise pour communiquer avec de nombreux vaisseaux spatiaux. Cependant, comme le JWST n’est pas encore dans l’espace, un équipement spécial a été utilisé pour émuler le lien radio réel qui existera entre l’observatoire et le réseau Deep Space lorsqu’il sera en orbite. Les commandes ont ensuite été relayées par l’intermédiaire de l’émulateur du réseau Deep Space à l’observatoire, qui se trouve actuellement dans une salle blanche de Northrop Grumman à Redondo Beach, en Californie.

Baltimore

À l’intérieur du Centre des opérations de mission de Webb, une opératrice d’essai sur la console du STScI de Baltimore, au Maryland, où elle surveille les progrès des tests avec un protocole de distanciation sociale en place.

 

( Credits: STSCI/Amanda Arvai )

Lorsque le JWST sera dans l’espace, les commandes iront depuis le STScI à Baltimore à l’un des trois emplacements du réseau Deep Space : Californie, Espagne ou Australie. Les signaux seront ensuite envoyés à l’observatoire en orbite à près d’un million et demi de kilomètres. En plus de Deep Space, le réseau satellite de suivi et de relais de données de la NASA, le réseau spatial du Nouveau-Mexique, la station Malindi de l’Agence spatiale européenne au Kenya, et le Centre européen des opérations spatiales en Allemagne contribueront également à maintenir une ligne de communication constante ouverte avec l’observatoire à tout moment.

Ce fut aussi la première fois que nous faisions la démonstration du cycle complet d’observation avec les instruments scientifiques de l’observatoire. Ce cycle commence par la création d’un plan d’observation par le système au sol qui est relié à l’observatoire par l’équipe des opérations aériennes. Les instruments scientifiques ont ensuite effectué les observations et les données ont été transmises au centre des opérations de la mission (Mission Operations Center) de Baltimore, où la science a été réalisée et distribuée aux scientifiques
Amanda Arvai
chef adjointe des opérations de mission à STScI au Maryland

Pour effectuer ce test de segment au sol, une équipe de près de 100 personnes a travaillé ensemble pendant quatre jours consécutifs. En raison des restrictions en matière de dotation en personnel à cause de la pandémie de coronavirus (COVID-19), seulement sept personnes étaient présentes au Centre des opérations de la mission, et les autres travaillaient à distance pour surveiller régulièrement les progrès.

Pour lire le communiqué de presse de la NASA
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Le réseau solaire du JWST a été reconnecté au télescope

Un kilowatt, c’est à peu près ce qu’il faut pour chauffer des restes dans un micro-ondes mais c’est aussi ce qui suffit pour alimenter le télescope le plus grand et le plus techniquement avancé jamais construit. Grâce à son réseau solaire, le JWST demeurera éconergétique à plus de 1,5 million de kilomètres de la Terre.

Le réseau solaire de 6 mètres du JWST avait été retiré du vaisseau spatial au printemps 2019, pour être soumis à des essais de déploiement. Il vient d’être fixé à nouveau à l’observatoire définitivement avant le lancement (le 27 août 2020). C’est la « centrale » du télescope : ce réseau fournira de l’énergie à tous les instruments scientifiques et aux systèmes de communication et de propulsion du télescope. Bien que le JWST n’utilise qu’un kilowatt d’énergie, son réseau solaire est capable de générer près du double de cette quantité pour tenir compte de l’usure graduelle d’un environnement spatial hostile.

 

Techniciens maintenant le réseau solaire du JWST après un essai du réseau plus tôt en 2020. Pour minimiser la friction et imiter les conditions de gravité zéro de l’espace profond, les tests ont été effectués en positionnant le réseau sur le côté.

 

Le réseau solaire est constitué de cinq panneaux articulés pour se replier et se ranger facilement dans le lanceur du JWST, la fusée Ariane 5. Après son lancement en 2021, ce déploiement sera la première et l’une des étapes les plus critiques du processus de déploiement complet de l’observatoire. En effet, la batterie embarquée du télescope ne devrait durer que quelques heures, jusqu’à ce que le réseau solaire se déploie dans l’espace et commence à convertir la lumière solaire en électricité.

 

Le réseau solaire est replié et installé sur le télescope spatial James Webb pour la dernière fois avant le lancement. (Crédits : NASA/Chris Gunn )

Pour voir le communiqué de presse de la NASA et visionner la vidéo associée.

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La modification du carénage d’Ariane 5 pour le JWST sous contrôle!

Les ingénieurs d’Ariane-Espace ont testé les petites modifications apportées au bouclier de charge utile de la fusée Ariane 5, grâce aux données prises lors du dernier lancement d’une fusée de ce type le 30juillet 2020 (le 109e vol d’une fusée Ariane 5 depuis 1996, et le troisième vol en 2020 après que le calendrier a subi des retards dus à la pandémie de coronavirus). Ces changements ont été introduits pour répondre à des critères rigoureux pour le lancement du JWST à la fin de 2021, et améliorer ainsi le système de sécurité.

 

Le carénage de charge utile d’Ariane 5, fabriqué par la société suisse RUAG Space, protège les satellites pendant les premières minutes du lancement, tandis que la fusée grimpe à travers les couches les plus épaisses de l’atmosphère terrestre. Une fois dans l’espace, le linceul se jette en deux morceaux, exposant les satellites pour la séparation de la fusée une fois en orbite.

Nous nous préparons pour le JWST et, à la demande de la NASA, nous avons introduit une légère modification dans le carénage qui a un impact sur la pressurisation a sa base. Nous avons trouvé la solution et l’avons appliqué pour ce vol. Je suis donc impatient de voir les résultats ! Nous avons eu un échange excellent sur le niveau technique entre la NASA et l’ESA.
Daniel Neuenschwander
Directeur du Transport Spatial à l’ESA

Le carénage a une hauteur de 17 mètres pour un diamètre de 5,4 mètres, ce qui lui permet d’héberger plusieurs satellites, ou un observatoire aussi grand que le JWST.   

Le bouclier de charge utile contenant trois satellites commerciaux au-dessus de la fusée Ariane 5 pour le lancement du vendredi 30 juillet 2020 comprend des modifications nécessaires pour le lancement fin 2021 du télescope spatial James Webb. Photo : ESA/CNES/Arianespace – Photo Optique Video du CSG – P. Baudon

De fait, l’ESA, Arianespace et RUAG ont modifié la conception des évents sur le bouclier de charge utile d’Ariane 5 afin de répondre à une préoccupation selon laquelle un événement de dépressurisation pourrait endommager l’observatoire lors des largages du carénage après le décollage. Les ingénieurs craignaient que l’air résiduel emprisonné dans les membranes repliées de l’écran solaire du JWST puisse causer une « surpression » au moment de la séparation du carénage.

Une fusée Ariane 5 en route vers la zone de lancement ELA-3 au Centre Spatial Guyanais. Crédit : Arianespace

Les données recueillies sur les vols passés d’Ariane 5 indiquaient qu’une certaine pression résiduelle restait à l’intérieur du carénage lorsque la fusée est propulsée dans l’espace. Les ingénieurs craignaient que la pression puisse se relâcher soudainement lorsque le carénage est largué quelques minutes après le décollage, ce qui pourrait endommager l’écran solaire qui est très sensible. Les équipes européennes ont mis au point un nouveau matériel pour s’assurer que les évents autour de la base du carénage de la charge utile restent entièrement ouverts lors du vol d’Ariane 5 dans l’espace, ce qui permet d’équilibrer la pression avant que le linceul ne tombe de la fusée.

Ce que nous faisons, c’est introduire des orifices de ventilation sur le carénage. Toutes nos activités sont dirigées par le lancement du JWST, et nous avons testé avec succès un certain nombre de points
Daniel Neuenschwander
Directeur du Transport Spatial à l’ESA

Lors d’un lancement d’Ariane 5 en début 2020, les ingénieurs avaient piloté un carénage de charge utile avec les nouveaux évents. Selon Eric Smith, responsable scientifique du programme JWST pour la NASA, cela avait montré une certaine amélioration de la pression d’air interne du carénage, mais ce n’était pas encore tout à fait concluant. Smith a annoncé qu’allaient être testés lors de ce vol d’Ariane 5 des évents avec une plus grande ouverture. « Ce que nous attendons, c’est une confirmation de ce que nous avons déjà constaté en vol, mais avec des nouveaux orifices de ventilation », a déclaré M. Neuenschwander, qui a aussi affirmé que l’ESA sera fin prête pour le lancement du JWST dès que l’observatoire arrivera en Guyane Française.

Les analyses des données recueillies lors du vol du 30 juillet 2020 sont encore en cours, mais semblent déjà très prometteuses, comme l’a affirmé Eric Smith.

 
JWST