Le Déploiement du bouclier thermique démarre

Le DTA a été déployé le 29 décembre: DTA (« Deployable Tower Assembly« ) désigne la tour déployable de l’observatoire, qui doit être surmontée pour atteindre la distance critique entre les deux moitiés du véhicule spatial et de l’observatoire à proprement dit.

Le déploiement a pris plus de six heures et demie, car les ingénieurs ont activé les dispositifs de déverrouillage et configuré les dispositifs de chauffage, les logiciels et l’électronique, avant de demander à la DTA elle-même de se déployer. Le mouvement du DTA, qui ressemble à un grand tuyau noir, est entraîné par un moteur contrôlé depuis le MOC (Mission Operations Center) à l’Institut Scientifique du Télescope Spatial à Baltimore, et au Centre Goddard de la NASA à Greenbelt dans le Maryland. Ces différentes équipes, en communication continue ont commencé le déploiement de la tour vers 15 h 45 (heure de Paris), qui s’est terminé vers 22 h 24.

Le DTA s’étend sur 1,22 mètres, mettant l’espace entre la section supérieure de l’observatoire, qui abrite les miroirs et les instruments scientifiques, et le bus de vaisseau spatial, qui détient l’électronique et les systèmes de propulsion. Cela crée une distance suffisante pour permettre aux miroirs et instruments d’atteindre les températures qu’ils requièrent . Cet espace permettra également aux membranes de l’écran solaire de se déployer complètement.

Ces opérations font partie du développement du bouclier thermique. L’élévation de la tour assure la séparation nécessaire entre le bus du véhicule spatial et le télescope afin de permettre une meilleure isolation thermique et de laisser de la place pour le déploiement des membranes de l’écran solaire. Avant cela, plusieurs dispositifs ont été activés, et divers appareils de chauffage, logiciels et appareils électroniques ont été configurés pour prendre en charge les déploiements (voir l’actu sur les températures).
Le volet arrière est utilisé pour compenser une partie de la pression solaire qui s’exerce sur l’écran solaire. L’utilisation du volet dynamique aide à réduire la consommation de carburant pendant la mission. Après avoir relâché les dispositifs de retenue, un ressort entraîne la rotation du volet arrière à sa position finale. Avant le déploiement du DTA la vitesse du JWST était de 3237 km/h; elle est maintenant de 2875 km/h. Le déploiement de l’écran, et plus tard des miroirs va freiner la course.

Avec le DTA maintenant pleinement étendu, les prochaines étapes consisteront à libérer le couvercle de l’écran solaire et le volet arrière, qui aidera à compenser une partie de la pression solaire qui empiète sur le grand écran solaire. Le déploiement se fera en deux étapes: le jeudi 30 décembre c’était le DTA, après quoi commencera à se déployer le bouclier thermique aux premières heures (françaises) du vendredi 31 décembre: un processus de plusieurs jours (plus de quatre!) qui se poursuivra avec le largage du rabat arrière et des couvercles de l’écran solaire.

Chaque couche de l’écran en Kapton est de la même taille et de la même forme, et a des motifs spéciaux, façonnés en maillage (ripstop) pour accroître la durabilité des membranes qui sont aussi minces qu’un cheveu humain.
 
(Crédit Northrop Grumman)

TOI-178 : un sytème avec 5 planètes en transit et en « résonance orbitale »

On dit qu’une planète est en transit devant son étoile quand, vue depuis un télescope, elle passe devant l’étoile. Elle fait alors une petite éclipse qui dure quelques heures. On a détecté à ce jour près de 3500 planètes en transit dans plus de 2600 systèmes planétaires.

L’immense intérêt des transits est que, si la planète a une atmosphère, une partie de la lumière de l’étoile passe à travers cette atmosphère, ce qui change alors les couleurs de cette partie de l’étoile. De ces changements de couleur on peut déduire quels gaz sont présents dans l’atmosphère de la planète. De là, déduire qu’il y a peut-être « de la vie » sur quelque planète ainsi observée est encore hasardeux. Il y a encore un grand pas à franchir car en réalité on ne sait pas extrapoler de façon fiable ce que l’observe sur Terre.

Tiré du site de l’ESA/Plato

Le James Webb Telescope va observer un système à 7 planètes en transit déjà très étudié, TRAPPIST-1. Depuis sa découverte en 2016, un autre système intéressant avec trois planètes a été détecté autour de l’étoile TOI-178 par le satellite TESS de la NASA (Transiting Exoplanet Survey Satellite), dédié à la recherche de transits planétaires. Initialement repéré par un chercheur de l’Observatoire de Paris, il semblait présenter une configuration que les astronomes cherchent depuis longtemps, une possible co-orbitalité: deux planètes sur la même orbite, ayant de ce fait la même période. Cela a incité toute une équipe européenne à chercher à en savoir plus par de nouvelles observations,  car bien qu’une telle configuration orbitale soit observée pour de nombreux astéroïdes orbitant Jupiter et Neptune, cela n’a jamais été observé dans un système exoplanètaire. Afin de confirmer leurs prédictions, les astronomes ont réuni de nombreuses observations au sol, avec le Very Large Telescope (VLT) européen situé au Chili en utilisant les instruments ESPRESSO, NGTS , SPECULOOS , ainsi que des observations depuis l’espace avec le satellite CHEOPS de l’Agence Spatiale Européenne (4 visites pour un total de 11,9 jours d’observation!). Et alors, ô surprise, ce système ne contient pas trois planètes dont deux co-orbitales, mais six, ayant chacune des périodes distinctes, respectivement 1.9, 3.2, 6.5, 9.9, 15.2 et 20.7 jours. Ce système planétaire présente une architecture très intéressante. car remarquable:  sur les 6 planètes, 5 ont des périodes orbitales très particulières. Les cinq planètes extérieures du système TOI-178 suivent en effet une chaîne 18 : 9 : 6 : 4 : 3 , c’est à dire qu’elles forment une chaine de résonance: leurs périodes sont liées par des multiples entiers: lorsque la seconde planète fait 18 orbites autour de l’étoile, la troisième en fait exactement 9, la quatrième 6, la cinquième 4 et la sixième 3. Les systèmes planétaires en chaine de résonance sont rares et précieux car ils permettent de contraindre la stabilité du système dans le temps ainsi que la configuration orbitale et les masses des planètes à partir de l’observation de leurs transits uniquement. Cette particularité peut être un avantage précieux quand les masses ne sont pas mesurables par la méthode des vitesses radiales, comme c’est le cas pour le système TRAPPIST-1 . Petite déception, les deux planètes qui étaient supposées être sur la même orbite n’étaient qu’une erreur d’interprétation due au trop petit nombre d’observations par TESS.

Les masses des planètes ont été obtenues à partir de la méthode des vitesses radiales grâce à l’instrument ESPRESSO du VLT et leurs rayons par la méthode des transits (observés par CHEOPS, NGTS et SPECULOOS). À partir de ces deux grandeurs, les densités des planètes ont pu être estimées.

A leur grande surprise, les astronomes se sont aperçus que la densité était très variable d’une planète à l’autre, ce qui remettrait en question la compréhension actuelle de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires en général. Contrairement à ce qui se passe dans le système solaire et dans les autres systèmes à plusieurs planètes, la densité ne décroît pas lorsqu’on s’éloigne de l’étoile, mais présente des hauts et des bas en fonction de la distance.

Cela pose de sérieux problèmes aux modèles de formation des systèmes planétaires.

L’équipe qui a découvert ce système intrigant a obtenu 24 heures d’observations sur la camera NIRSpec du JWST. La mesure des abondances relatives de diverses molécules dans ces planètes grâce aux transits permettra de contraindre les scénarios de formation du système (« migration » ou non des planètes dans le système).

Pour en savoir plus :

Cheops dévoile un système

Vidéo

Températures maintenant disponibles

Le contrôle de la température est un aspect essentiel de la conception, de l’ingénierie et des opérations du JWST. Parmi les nombreux points de surveillance de la température sur l’observatoire, cette page affiche 2 températures « côté chaud » et 2 températures « côté froid » qui sont une bonne indication de l’état et des tendances de la température globale. Les températures affichées sur le côté chaud de l’observatoire sont situées sur la structure de l’écran solaire et le bus de l’engin spatial. . Les températures affichées du côté froid de l’observatoire sont situées sur le radiateur du module miroir primaire et instrument (ISIM).

Pour en en savoir plus sur l’observatoire et ses sous-systèmes qui sont étiquetés avec les lettres suivantes sur la figure ci-dessous consultez cette page (remarque : ces étiquettes s’afficheront si vous passez la souris sur l’affichage sur le site géré par la Nasa et donc en langue anglaise).

a) Température moyenne de l’onduleur de protection solaire (côté chaud : structure de l’écran solaire)
b) Température moyenne du panneau d’équipement de l’engin spatial (côté chaud : bus de l’engin spatial)
c) Température moyenne du miroir primaire (côté froid : miroirs)
d) Température du radiateur de l’instrument (côté froid : ISIM, pour « Integrated Science Instrument Module » qui est la « boîte » dans laquelle sont intégrés les 4 instruments de la mission: NIRCAM, NIRISS, NIRSPEC et MIRI).

Beaucoup d’autres capteurs de température sur l’ensemble du JWST sont surveillés par les ingénieurs qui surveillent tous les processus de déploiement, de mise en service et d’exploitation. Les points de données présentés ici donnent une bonne indication générale des tendances de température de chaque côté de l’écran solaire pendant le déploiement et la mise en service. Ils illustrent le grand contraste entre les côtés chauds et froids du vaisseau spatial et l’incroyable ingénierie et l’efficacité de l’écran solaire. Ces observations de température sont rapportées quotidiennement à partir des données réelles de télémesure. Les valeurs de température continueront d’être signalées dans les mois qui suivront le déploiement, à mesure que l’observatoire se refroidira pour atteindre les valeurs opérationnelles.

Les Antennes du JWST ont été libérées, et toutes les communications établies.

 

Comme nous l’avions annoncé, et conformément au planning des opérations, la première correction de trajectoire du JWST a été effectuée à 1h50 (heure de Paris , le 26 décembre) (voir le site de la NASA). Elle a duré 65 minutes et s’est terminée avec succès. Il était en effet d’une importance primordiale d’ajuster la trajectoire du JWST vers son orbite finale (le point L2 de Lagrange). Après le lancement, l’observatoire devait effectuer ses propres manœuvres de correction de poussée à mi-parcours pour atteindre cette orbite. Ceci de par sa conception : le JWST a subi un léger ralentissement intentionnel d’Ariane-5, car il n’était pas possible pour la fusée de contrôler la poussée. Si le JWST  avait reçu trop de poussée, il n’aurait pu faire demi-tour pour revenir vers la Terre parce que cela aurait exposé directement l’optique du télescope et sa structure au Soleil, les surchauffant. Cela aurait interrompu la mission scientifique avant même qu’elle ne puisse commencer. Par conséquent, trois  manœuvres de correction à mi-parcours sont prévues pour atteindre la « bonne » vitesse, en faisant attention de ne jamais livrer trop de poussée. La première s’est effectuée avec succès.

C’était l’un des deux jalons qui étaient critiques dans le temps. le premier avait été le déploiement du réseau solaire, peu après le lancement.

Séparément, pendant la nuit du 25 au 26 décembre, les capteurs de température et les jauges de contrainte du télescope ont été activés pour la première fois. Les données de température et de déformation sont désormais disponibles pour les ingénieurs qui vont suivre l’évolution des systèmes thermiques et structurels de l’observatoire.

Peu après 16 h (heure de Paris), le 26 décembre, l’équipe de la NASA (au Centre Goddard des Vols Spatiaux – GSFC, en liaison avec l’Institut Scientifique du Télescope Spatial à Baltimore – STScI) a pris les commandes du JWST après un lancement en tous points spectaculaire. Une étape cruciale consistait à libérer l’ensemble des antennes montés sur cardan (GAA, pour «gimbaled antenna assembly ») qui comprend l’antenne parabolique à haut débit qui transmettra les données du JWST. Cette antenne sera utilisée pour envoyer au moins 28,6 Goctets  de données scientifiques depuis l’observatoire, deux fois par jour. De nombreux essais de tous les mouvements de l’antenne ont été effectués – l’ensemble du processus a duré environ une heure (voir l’animation avec commentaires en langue anglaise)

Après ces ultimes manœuvres, aucune étape clé n’est critique dans le temps, de sorte que l’ordre, l’emplacement, le calendrier et la durée des déploiements peuvent changer sans risque de mettre la mission en péril.
Il sera possible de suivre où en est le JWST dans le processus des divers déploiements à venir (site de la NASA en langue anglaise). Cela va durer environ deux semaines. Les équipes du GSFC et du STScI suivront en temps réel le déroulé des opérations, et auront même la possibilité d’interrompre en temps réel le déploiement nominal à tout moment. Cela signifie que les déploiements peuvent ne pas se dérouler exactement dans l’ordre ou aux moments prévus à l’origine.

Dernière vision du JWST le 25 décembre après le désaccouplement d’Ariane et le début de sa traversée vers son orbite lorsque l’observatoire était à 1400 kilomètres de la Terre

 

 

Lancement Parfaitement réussi

Le JWST a été lancé le 25 décembre à 13 h 20 (heure de Paris) à bord d’une fusée Ariane 5 ECA du port spatial européen de la Guyane française. Ce lancement spectaculaire fut une réussite parfaite, la fusée ayant suivi remarquablement sa trajectoire nominale jusqu’à la libération finale de l’observatoire et sa mise en route vers son orbite finale et tous évènements se sont déroulés comme prévu, au moindre détail près. Un très grand succès pour Arianespace et le CNES (Centre National des Etudes Spatiales).

Les équipes au sol ont commencé à recevoir des données de télémétrie environ cinq minutes après le lancement. La fusée Arianespace 5 s’est séparée de l’observatoire 27 minutes après le début du vol, à une altitude d’environ 120 kilomètres. Puis, 30 minutes après le lancement, le JWST a déployé son réseau solaire, et les gestionnaires de mission ont confirmé qu’il fournissait de l’électricité à l’observatoire. Après le déploiement du réseau solaire, les opérateurs de mission ont établi une liaison de communication avec l’observatoire via la station au sol de Malindi au Kenya, et le contrôle au sol à l’Institut Scientifique du Télescope Spatial  (Space Telescope Science Institue, STScI) à Baltimore a envoyé les premières commandes au vaisseau spatial.

Lancement de la fusée Ariane 5 ECA d’Arianespace avec le JWST à bord, samedi 25 décembre 2021, à partir de la zone de lancement ELA-3 du port spatial européen au Centre spatial guyanais de Kourou, en Guyane française. Photo : (NASA/Chris Gunn)

 

 

Les ingénieurs et les contrôleurs au sol effectueront la première des trois manœuvres de correction à mi-parcours à 1h50 le dimanche 26 décembre 2021, à l’aide des propulseurs du JWST pour diriger le vaisseau spatial sur une trajectoire optimale vers sa destination en orbite à environ 1,5 millions de kilomètres de la Terre (au point dit L2 de Lagrange).

« Le lancement du JWST est un moment charnière mais ce n’est que le début de la mission. Nous allons maintenant observer les prochains 29 jours très attendus et critiques. Lorsque le vaisseau spatial se déploiera dans l’espace, le JWST subira la séquence de déploiement la plus difficile et la plus complexe jamais tentée dans l’espace. Une fois la mise en service terminée, nous verrons des images impressionnantes qui captiveront notre imagination. »

Gregory L. Robinson, directeur de programme de Webb au siège de la NASA.

 
 
 

Pas d’affolement. Ce n’est qu’une question de jour(s?).

Le JWST ne veut décidément pas nous quitter ! Malgré une RAL (revue avant lancement) réussie  la météo nous est contraire (vents violents en altitude) et Arianespace s’oriente vers un tir le 25 décembre au plus tôt, date qui reste à confirmer.

Tout est en ordre de tir, les plus ultimes mesures de précaution sont prises.

Nul doute que notre prochaine actualité sera lorsque le JWST sera enfin (!) en route vers L2. Mais nous n’en avons pas fini avec nos sueurs froides: hors les différentes manœuvres de correction de la trajectoire (voir notre avant-dernière actu) nous allons suivre avec angoisse le déploiement de l’observatoire. 

Plein effectué, le JWST est bientôt prêt à décoller !

Les équipes en charge du JWST à Kourou viennent de « faire le plein » d’ergol, indispensable pour manœuvrer l’engin équipé de 12 propulseurs jusqu’à l’emplacement prévu (le point de Lagrange L2). Le lancement est prévu pour le 22 décembre prochain.

L’opération était particulièrement délicate. En effet, les propulseurs du télescope utiliseront soit du carburant à base d’hydrazine, soit un mélange spécial de carburant à base d’hydrazine et d’un oxydant, le tétroxyde de diazote — des substances extrêmement toxiques, qu’il faut manipuler avec précaution. Le remplissage a débuté le 25 novembre et a duré une dizaine de jours. Les opérateurs du Port spatial européen, à Kourou, étaient équipés de combinaisons SCAPE (Self-Contained Atmospheric Protective Ensemble) pendant toute la procédure.

Au total, ce sont 159 litres d’hydrazine et 79,5 litres de tétroxyde de diazote qui ont été injectés dans la navette spatiale, précise la NASA. Carburant et oxydant seront utilisés ensemble pour augmenter la puissance des propulseurs secondaires à combustion augmentée du télescope ; ces derniers serviront à corriger la trajectoire à mi-parcours, à assurer la mise en orbite de l’observatoire (à 1,5 million de kilomètres de la Terre !), ainsi qu’à maintenir sa position au point de Lagrange L2 pendant toute la durée de la mission.

Si la grande majorité de l’énergie de lancement nécessaire pour envoyer le JWST sur son orbite opérationnelle autour du point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre sera fournie par la fusée Ariane 5 ECA dont la coiffe a été modifiée pour remédier aux problèmes de dépressurisation lors de son ouverture, pour protéger les connections du bouclier thermique, l’observatoire possède aussi ses propres propulseurs. Après s’être libéré du lanceur, il utilisera ces derniers pour affiner son approche. Ainsi, juste après le lancement, les équipes au sol devront effectuer plusieurs manœuvres pour guider l’observatoire jusqu’à l’emplacement prévu.

Des manœuvres de correction pendant le parcours permettront d’affiner la trajectoire. Il y en aura 3: une première correction aura lieu 12 h après le lancement et sera relativement longue puisqu’elle durera environ 2h30; une seconde correction, plus courte, sera effectuée  2,5 jours après le lancement; enfin, une ultime manœuvre aura lieu 30 jours après le lancement pour faciliter l’entrée du JWST dans son orbite (voir l’article –  en anglais- Petersen et al., 2014). Ces mêmes propulseurs seront utilisés périodiquement tout au long de la mission pour maintenir cette position. Un deuxième ensemble de propulseurs plus petits — qui seront quant à eux alimentés uniquement par de l’hydrazine — servira à compenser l’augmentation de moment angulaire causée par la pression du rayonnement solaire sur la grande surface de l’écran solaire.

Bien que tout ait été conçu pour maintenir cette pression bien équilibrée, le moment angulaire augmente lorsque le télescope pointe vers différentes cibles, de sorte que de petites manœuvres occasionnelles de « déchargement » sont nécessaires pour maintenir les roues de réaction de l’observatoire dans leurs plages de fonctionnement appropriées. Les roues de réaction sont des « volants » intégrés au vaisseau spatial qui aident à maintenir l’orientation de la charge utile stable.

Maintenant que le chargement du combustible est achevé, les équipes d’Arianespace et de la NASA vont pouvoir préparer le lancement. Il s’agira notamment de déplacer le télescope vers le Bâtiment d’Assemblage Final (BAF), de le positionner au sommet de la fusée Ariane 5 qui servira à l’envoyer dans l’espace, puis à l’encapsuler dans son carénage de protection. Une fois ces étapes accomplies, l’ensemble quittera le BAF pour rejoindre la rampe de lancement, deux jours avant la date prévue.

Une préparation qui requiert une vigilance continue

À noter que le JWST a également bénéficié d’un soin tout particulier pour le garder exempt de poussières. Contrairement à Hubble, dont le télescope est enfermé dans un tube protecteur, Webb ne sera protégé que par l’ombre du pare-soleil une fois dans l’espace. C’est pourquoi l’environnement du télescope doit être maintenu aussi propre que possible, tant qu’il est sur Terre : il faut notamment s’assurer que les miroirs et le pare-soleil ne soient pas contaminés par de petites particules ou des films moléculaires, qui pourraient réduire sa sensibilité.

Le télescope spatial James Webb a été alimenté en carburant à l’intérieur de l’installation de préparation des charges utiles au Port spatial européen de Kourou, en Guyane. © ESA-CNES-Arianespace/Optique vidéo du CSG – P Piron

Le JWST a été alimenté en  carburant à l’intérieur de l’installation de préparation des charges utiles au Port spatial européen en Guyane. © ESA-CNES-Arianespace/Optique vidéo du CSG – P Piron

 

Les équipes de la NASA, de l’ESA, d’Arianespace et du Centre national d’études spatiales (CNES) ont donc coopéré pour nettoyer les installations de lancement conformément aux exigences requises. Le Goddard Space Flight Center de la NASA a notamment fourni des murs de filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air) portables pour renforcer le contrôle de la contamination du flux d’air à proximité de la charge utile. Chaque surface est en outre nettoyée quotidiennement.

« Nos ingénieurs et techniciens de la NASA chargés du contrôle de la contamination ont transformé des installations qui n’étaient pas conçues pour des engins spatiaux scientifiques en salles blanches bien contrôlées. Reste à faire de même pour les installations du BAF.» (Eve Wooldridge et Alan Abeel, ingénieurs en contamination).

Cette note d’actualité a été rédigé d’après le site administré par la NASA, rédigé par Thaddeus Cesari, NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md, dont l’essentiel en langue Française provient de la traduction de Fleur Brosseau du 8 décembre 2021, paru dans la rubrique « Trust my Science » le 8 décembre 2021.

À regarder !

La sélection des vidéos à ne pas louper sur le JWST

"Télescope James Webb : la machine à remonter le temps", Le 20h de TF1

"James Webb Telescope and MIRI instrument".

Une production CEA, CNES, CNRS, Observatoire de Paris, et OSUPS et réalisé par Fab&Fab.

La série "Astronome Gastronome"
Une rencontre étoilée entre David Elbaz et Thierry Marx.

Série ScienceLoop

Le live Twitch de Pierre-Olivier Lagage avec Corentin_Buti

À lire !

La sélection des articles à ne pas louper sur le JWST

Janvier 2022

Le télescope spatial James Webb arrive à destination, son travail va enfin commencer. L’Express

Décembre 2021

« Et la première étoile est née » : ce que l’envoi dans l’espace du télescope James-Webb va nous apprendre sur les origines de l’univers, La Vie

David Elbaz : «La plus belle ruse de la lumière pour se multiplier, c’est la vie !», Libération 

« James Webb Space Telescope : un géant au service de la connaissance », Le Blob

« Comment le télescope « James Webb » va révolutionner notre compréhension de l’univers », Ouest France

« L’instrument Miri ou la «French touch» du télescope Webb »,
Le Figaro

Télescope Webb: après 30 ans de rebondissements, le «lancement du siècle», Le Figaro

« James-Webb, le télescope monstre », Les Echos

« Le James-Webb un pas de géants vers la quête d’autres terres », (Paris AFP), L’Obs

« Télescope James Webb : à la recherche des origines de l’univers », La Croix

« Le télescope James-Webb, aux premières lueurs de l’aube cosmique » (Paris AFP), Sciences et Avenir

« Que va t’il se passer après le décollage ? », The Conversation

Novembre 2021

« Le James-Webb Space telescope expliqué par ceux qui l’ont fait », The Conversation 

Octobre 2021

Le Dossier de presse d’octobre 2021

Le CEA : « Vers l’infini et au-delà »

« Le télescope James Webb à la découverte de l’Univers ancien », Journal du CNRS

« Miri, l’oeil infrarouge français du James-Webb Space Telescope », Ouest France

Les défis du CEA, « Le compte à rebours est lancé ! »

JWST