En Orbite !

En orbite !

Ça y est ! Dans les prochains jours, les personnes importantes de la NASA ne manqueront pas de célébrer cet immense succès. Ce soir à 20h05 (UTC+1, heure en France) le JWST est arrivé sur son orbite autour de L2, 30 jours après son lancement (un jour de retard pour des raisons sans grande importance !).

Comme tous les internautes, le Centre d’Expertise Français a suivi minute après minute le déroulement des opérations, avec des sentiments mêlés, d’excitation, d’inquiétude, de joie et de crainte, qui ponctuaient la fin de l’Odyssée du JWST vers son point de stationnement. Sans oublier les extraordinaires prouesses techniques qui ont conduit au déploiement d’un origami au cours de ce voyage qui va révolutionner la Science.

Nous avons suivi l’évolution de la vitesse, nous avons vécu et sursauté aux soubresauts des courbes qui illustraient les premières opérations MCC2. Nous avons vu la distance vers L2 qui se réduisait au fil des minutes, mais nous étions inquiets parce que la vitesse ne baissait pas. Le JWST devait arriver sur son orbite avec une vitesse de 100 m/s, alors qu’il y est arrivé à une vitesse double. Les ingénieurs de la NASA nous expliqueront prochainement pourquoi, mais cela n’a plus d’importance.

Le JWST est enfin arrivé à son point de stationnement. C’est une manière de dire puisqu’il ne restera pas dans une position vraiment fixe, comme cela a été plusieurs fois expliqué dans les pages de notre site, puisqu’il se déplacera sur une orbite très large autour de L2.

Les dernières opérations pour planifier et exécuter les procédures MCC2 qui se sont terminées par l’insertion du JWST dans son orbite autour de L2 se sont déroulées sans aucune difficulté, mais ont été un peu plus lentes que ce qui avait été planifié. Cela ne remet aucunement en cause la totale réussite de cette mise en orbite, après un lancement absolument parfait sur tous les points.

L’énergie nécessaire pour placer le JWST en orbite L2 a été fournie principalement par la fusée Ariane 5. Après la libération de l’observatoire de la fusée, plusieurs petits ajustements à la trajectoire ont été exécutés (propulseurs allumés pour effectuer des  corrections de mi-parcours – MCC), pour faciliter l’observatoire dans son orbite de fonctionnement. Le MCC2 était la dernière étape requise pour affiner l’orbite du halo dans lequel désormais va se déplacer le JWST.

L’illustration ci-dessous montre une vue conceptuelle de la trajectoire du JWST et de l’orbite du halo. L’observatoire s’est élancé du côté de la terre face au soleil et a parcouru une trajectoire légèrement incurvée pour, après un voyage de 1,609,344 km, entrer dans son orbite de halo L2. Une orbite de halo est une orbite qui plutôt que de suivre un seul chemin, varie périodiquement à travers une série de chemins.

Le cadre Terre/L2 orbite autour du Soleil tandis que le JWST orbitera autour de L2 (voir l’animation ci-dessous). Remarquez surtout l’orientation du télescope : le pare-soleil est perpendiculaire au Soleil, de sorte que les miroirs et les instruments de l’observatoire sont dans l’obscurité complète et froide.

Les caractéristiques de l’orbite du JWST autour de L2 ont suscité nombre de questions de la part de nos internautes. En particulier Yves (voir les discussions sur le site), qui s’est penché avec sapience et assiduité sur la question, et que je tiens à remercier.

Pour autant, je me sens le devoir de clarifier certains points. Je ne prétends pas répondre à toutes les questions. J’ai pourtant essayé de mettre à jour cette page. Que ceux que cela intéresse la consultent.

Tout d’abord, pourquoi cette orbite est-elle si large ? Pourquoi cette inclinaison par rapport à l’axe Soleil-L2 ?

C’est Newton qui nous le dit : un corps céleste en orbite perpendiculaire à la ligne Soleil-Terre, retombera immanquablement sur le centre de gravité des deux corps en mouvement. S’il tombe vers ou loin de la Terre le seul moyen de le ramener serait de lui faire faire volte-face et de le repousser, mais dans le cas du JWST cela réchaufferait les parties qui doivent rester froides, et tuerait tout le programme. Une approche plus sûre est de placer le JWST presque mais pas tout à fait à L2. Quand il aurait des velléités de retomber vers la Terre, un petit propulseur pourrait le repousser presque mais pas tout à fait sur L2.

Mais même juste à côté de L2 un nouveau problème se présente. A cette distance, le Soleil produit en permanence une éclipse annulaire sur la Terre. Le JWST est alimenté en énergie par le Soleil. Une autre complication vient du fait que les forces de Coriolis tendent à libérer l’observatoire des forces qui doivent le maintenir en orbite autour de L2. En d’autres termes, le JWST se retrouverait enfermé dans une petite orbite autour de L2, ce qui, pour l’y maintenir, nécessiterait une utilisation accrue des propulseurs.

L’attraction gravitationnelle de la Lune sur le JWST est aussi à prendre en compte. Elle varie lors de son orbite autour de la Terre. Il est facile de comprendre que toutes ces complications peuvent être minimisées en choisissant une orbite très large autour de L2.

Cela rend les choses plus faciles : plus un corps est loin du foyer de son orbite, plus il se déplace lentement, et moins d’énergie est requise pour le manœuvrer. De plus une orbite large signifie aussi que le JWST ne dérivera jamais dans l’ombre de la Terre et de la Lune. Pourtant, de larges orbites peuvent permettre à la lumière directe de la Terre et de la Lune d’outre-passer le pare-soleil et d’atteindre les miroirs primaires et secondaires. En outre, une aussi grande orbite réduit le nombre de possibilités de communication avec la Terre. C’est pourquoi le JWST devra changer son orientation pour éviter que cette lumière directe touche les miroirs. Les communications seront agencées en conséquence.

Considérons les forces auxquelles le JWST est soumis :

Plaçons l’observatoire en L2 : les forces gravitationnelles du Soleil et de la Terre vont se conjuguer.

Au cours de son orbite autour du Soleil, une force centrifuge va le pousser dans la direction opposée : Fc  = Fʘ + FꚚ

(rappelons que dans le langage « astronomique », ʘ désigne le soleil et Ꚛ désigne la Terre).

Ceci étant dit, il a été écrit maintes fois que cette force centrifuge n’existe pas, et de fait, c’est d’un certain point une affirmation tout à fait correcte ! Mais nous parlons ici d’une force de rotation en oubliant le cadre non inertiel. Les forces centrifuges sont donc une source utile pour résumer tous les effets qui s’appliquent.

Nul besoin d’invoquer les effets gravitationnels de la Lune, pour nous concentrer sur les questions essentielles, dans leur simplicité. Dans la discussion qui suit, il est essentiel de garder en tête le schéma suivant.

Plaçons maintenant le JWST à quelque distance de L2. La force gravitionnelle du Soleil varie très faiblement mais pas trop, parce qu’il est à 150 millions de kilomètres. Mais la Terre est à 1% de cette distance et donc la force qu’elle exerce change considérablement au cours du temps. Selon la distance, cette force est plus ou moins faible ou plus forte. Le point essentiel, ici, c’est que cette force n’est plus parallèle à la direction vers le Soleil !

Décomposons cette force FꚚ dans la direction X vers le Soleil, et Y, perpendiculaire à la direction de L2. On voit alors le problème ! la force centrifuge est dans la direction X, et elle est de fait supérieure à la somme Fʘ + FꚚ,X et donc selon toute logique le JWST devra dériver à la fois en dessous de son orbite, mais aussi beaucoup plus loin que L2.

Il faut donc corriger cette dérive dans les 2 directions X et Y. D’abord, on rapproche le JWST un peu de la Terre, ce qui le situe en un nouveau point (L2’ dans notre schéma), proche de L2 dans la direction vers la Terre. La force de gravité devient alors plus grande et sa composante X aide à équilibrer la force centrifuge. Mais la composante Y est aussi devenue plus importante, et donc le JWST va vouloir « descendre » (sur notre schéma). Mais plus il se rapproche de la ligne Soleil-Terre, plus la force gravitationnelle de la Terre s’accroit, et donc plus l’observatoire se rapproche de la Terre. Ce n’est pas un scénario satisfaisant ! Ne serait-ce que parce que le bouclier thermique ne pourrait plus supporter l’augmentation de chaleur.

Cependant, il est possible de contrer cette force descendante en lui donnant une poussée latérale. Cela crée une nouvelle force centrifuge qui équilibre celle de la gravité de la Terre.

Si l’on regarde le schéma, cela se résume à :

Fc-halo = Fʘ + FꚚ,Y

Ce qui veut dire que, en combinaison avec le mouvement latéral, le JWST doit prendre un nouveau halo circulaire autour de L2’. Il est simplement tiré par la composante Y de la force gravitationnelle de la Terre.

Ceci est bien évidemment une discussion extrêmement simpliste. Dans le monde réel, surgissent immanquablement quelques complications. Il nous faut les prendre en compte !

Le JWST n’a pas été lancé vraiment vers L2. A la fin de sa trajectoire initiale, lorsqu’il était au point de « tomber » (pour reprendre les images de la trajectoire largement diffusées sur la toile), les manœuvres MCC2 lui ont permis de rejoindre son orbite nominale. Comme une partie de cette « chute » initiale était dirigée vers la direction X (vers la Terre), les propulseurs l’ont placé sur son orbite, mais cette poussée a incliné l’orbite d’environ 33 degrés. C’est pourquoi l’orbite n’est pas perpendiculaire à la direction L2-Soleil.

Le LWST complètera une orbite en environ 6 mois. Bien qu’il s’envolera parfois un peu au-delà de ce point, le centre géométrique de son orbite sera toujours centré sur le point L2’ du côté de la Terre. Il faut se souvenir de l’image de L2 comme une selle de cheval : il ne faut pas que la balle soit juste au milieu de la selle.

Son pare-soleil sera toujours soumis un couple de pression dû au rayonnement solaire. Cette force de rotation sera contrée en faisant tourner les roues de réaction dont il est équippé. Mais la pression de rayonnement solaire est implacable, donc ces roues de réaction devront augmenter leur rotation au fil du temps. Au bout du compte, l’emploi des propulseurs sera nécessaire pour remettre le JWST en place et laisser les roues ralentir.
N’oublions pas non plus que le JWST changera d’orientation en pointant d’une position à l’autre. Tous ces mouvements perturbent l’orbite de façon même légère, mais qui nécessiteront régulièrement la mise en fonction des propulseurs pour maintenir la station sur son orbite.

C’est pourquoi le JWST sera soumis à de fréquentes manœuvres qui seront exécutées de temps à autre par les propulseurs pour maintenir son orbite. Notons que le satellite Gaia est soumis à 3 – 4 rectifications d’orbite par an, alors qu’une telle manœuvre pour le JWST est prévue en moyenne tous les 21 jours.

Les Manœuvres MCC2 ont bien débuté!

Le JWST a été lancé sur une trajectoire directe vers une orbite autour du deuxième point de Lagrange Soleil-Terre (L2), mais il a dû effectuer ses propres manœuvres de correction de poussée à mi-parcours pour y arriver. Ceci de par sa conception, parce que s’il avait reçu trop de poussée de la fusée Ariane au départ, ou que, pour une raison ou une autre que justement ont corrigé les manœuvres MCC-1b, il serait arrivé trop vite, il aurait pu manquer son but! C’est dire qu’il serait “passé au large” et aurait manqué son Rendez-vous en L2. Dans ce cas il serait retombé sous l’attraction gravitationnelle de la Terre.  Mais, si la mécanique céleste a ses lois, celles de l’astronome a les siennes:  hors de question de se retourner vers son point de départ parce que cela aurait exposé directement l’optique du télescope et sa structure au Soleil, qui se seraient alors surchauffés et auraient annulé la mission scientifique avant même qu’elle ne puisse commencer.

En résumé, Le JWST a subi une légère  sous-combustion intentionnelle d’Ariane et a utilisé ses propres petits propulseurs à bord pour combler la différence.

Par conception, le lanceur et la trajectoire du JWST l’ont mis sur une trajectoire vers une orbite L2 avec seulement de petites entrées nécessaires pour l’affiner. La première correction importante (MCC1) a été effectuée 1h50 après le lancement peu après qu’il se soit séparé de l’étage supérieur d’Ariane. Une fois que le JWST sera dans son orbite de halo, il se déplacera le long d’une trajectoire qui épouse le contour d’une selle de cheval autour de L2 (voir actualité plus ancienne et les images ci-dessous).

Explication de la figure et de la selle de cheval: les points L4 et L5, bien que situés à des maxima du potentiel, sont paradoxalement stables. L1, L2 et L3 qui sont des points-col sont instables.

Mais pour obtenir l’orbite exacte nécessaire, et corriger toute erreur de trajectoire résiduelle, celle-ci doit être finement réglée par un certain nombre de manœuvres réalisées à l’aide des propulseurs de l’observatoire, tout au long du trajet. C’est la procédure MCC2 (2onde Correction à mi-course, pour « Mid-Course Correction 2 », qui insère le JWST dans son orbite de halo autour de L2.

La figure ci-dessous qui montre les variations de la vitesse est un bon indicateur de ce que les opérations MCC2 ont débuté le 23 janvier 2022 entre 13h20 et 14h10 (en accord avec l’heure nominale prévue de 29 jours après le lancement). Jusqu’alors, la décroissance de la vitesse était parfaitement linéaire, sans soubresauts (voir la page d’accueil du site). Lors de l’entrée sur son orbite le JWST aura une vitesse d’environ 100 m/s, soit 360 km/h. Au moment de la mise en ligne de cette note, elle doit donc encore décroître de moitié, et plusieurs manœuvres sont encore nécessaires pour ajuster finement cette rencontre, ce qui rend difficile toute estimation sur l’heure de l’entrée effective du JWST sur son orbite. Cela devrait arriver entre 18h et 20h (heure UTC+1, France).

Il semble, si l’on regarde les variations de la distance du JWST à son orbite (figure ci-dessous), qu’un évènement se soit produit certainement dû à une correction de trajectoire (la vitesse ayant subi son déclin plus ou moins régulier) entre 6h05 et 07h10 (heure UTC+1 – France) dans la matinée du 24.

Cette opération se terminera dans la journée du 24. A la fin de ces ultimes manœuvres, nous pourrons dire alors que le JWST est arrivé sur son orbite autour de L2!

Le déploiement des segments du miroir primaire est terminé!

Ceci complète l’activité déployée dans de multiples étapes de plusieurs jours pour activer et déplacer chacun des 18 segments du miroir primaire et le miroir secondaire hors de leur configuration de lancement. Ils ont été déplacés par six vérins fixés à l’arrière de chaque segment, qui ont aussi un actionneur supplémentaire à leurs centres qui ajuste leurs courbures. Le miroir tertiaire du télescope reste stationnaire. (voir image ci-dessous).

Les segments primaires du miroir ont été éloignés de 12,5 millimètres de la structure du télescope. Comme expliqué dans les actualités précédentes, c’est en utilisant six moteurs que chaque segment a été déployé sur une longueur d’environ la moitié de celle d’un trombone. Ces actionneurs ont dégagé (principalement verticalement) les miroirs de leurs dispositifs de fixation nécessaires pour le lancement et ont fourni à chaque segment suffisamment d’espace pour que chacun d’eux puisse être maintenant ajusté dans d’autres directions à partir de la position maintenant acquise pour que le processus d’alignement du front d’onde puisse démarrer. Les 18 vérins du rayon de courbure (ROC) ont également été déplacés de leur position lors du lancement. En dépit de la résistance du béryllium aux contraintes mécaniques, qui est six fois supérieure à celle de l’acier, ces actionneurs ROC vont individuellement façonner la courbure de chaque segment pour définir la forme parabolique du miroir primaire.

La prochaine étape du processus de front d’onde consistera à déplacer des miroirs dans les gammes de microns et de nanomètres pour atteindre les positions optiques finales pour que le télescope soit parfaitement aligné. Ce processus d’alignement prendra environ trois mois.

Bill Ochs, responsable du JWST nous parle!

Pendant que les ingénieurs et opticiens s’évertuent, nanomètres après nanomètres, à aligner les segments du miroir primaire, et le miroir secondaire (voir les actualités précédentes), William Ochs (responsable principal de toutes les opérations du JWST) a envoyé un courriel à tous les artisans de cette extraordinaire aventure technique. Une note sympathique, avec un peu de musique, qui méritait de paraître sur notre site. Pour nous relaxer avant que ne soit obtenu l’alignement parfait, et que le JWST arrive au point L2 de Lagrange à une vitesse qui lui permettra de ne pas manquer sa cible :  imaginez lancer une balle pour qu’elle roule vers le haut d’une pente de montagne – sans suivre la balle et lui donner plus de poussée le long du chemin, elle va ralentir de plus en plus jusqu’à ce qu’elle commence à rouler vers le bas. Ici, l’astuce était de lancer la balle vers un endroit plat spécial (L2) à un point de la pente (pensez-y un peu comme un col de montagne), avec juste assez de force pour que sa vitesse sera presque 0 quand il atteindra le col de montagne, donc il n’ira pas plus loin que cela, et ne reculera pas en descente, ou ne roulera pas de l’autre côté.

Mais laissons la parole à Bill Ochs:

“Depuis la dernière note de félicitations que je vous ai envoyé à tous le lendemain du lancement, nous avons vécu un parcours incroyable. Je suis tellement fier de notre équipe. Les déploiements n’auraient pas pu être plus parfaits. Pendant la conférence de presse après le dernier déploiement de l’observatoire, plus d’une personne a fait des commentaires comme si c’était si simple. Avons-nous surestimé la complexité et la difficulté des déploiements? Nous savons tous à quel point tout le monde a travaillé fort et combien de personnes ont dû faire preuve de diligence et de sacrifice. Le fait que cela ait l’air simple est un hommage à tous ceux qui, au fil des ans, ont travaillé dans le cadre de déploiements”

Bill Ochs compte plus de 30 ans d’expérience dans l’industrie aérospatiale. Il a travaillé à la fois dans le secteur privé et pour la NASA et est actuellement le responsable du JWST. Il a commencé sa carrière en 1979 à la « Bendix Guidance Systems Division à Teterboro , N.J. » comme ingénieur électronique développant le logiciel de vol pour le télescope spatial Hubble. En 1983, il a été transféré au Goddard Space Flight Center en tant qu’ingénieur système pour les opérations HST. En décembre 2010, il a été nommé gestionnaire de projet du JWST.
Bill Ochs a reçu la Médaille pour réalisations exceptionnelles de la NASA, le « Space Flight Awareness Honoree Award », et parmi les divers prix octroyés par la NASA, le Prix d’honneur de la NASA 2010 et, plus récemment, le Prix Robert H. Goddard 2011 pour leadership exceptionnel.

“Nous en sommes maintenant aux miroirs mobiles. Nous avons encore un peu de chemin à faire (avec les gens de l’optique « un peu » est un terme relatif ) avant que les segments de miroir soient parfaitement alignés, mais tout le matériel associé à l’optique (y compris les 132 actionneurs) fonctionne très bien. Le temps de mettre les instruments en service, on aura un sacré télescope. Enfin, notre équipe d’exploitation et notre système au sol ont fait un travail fantastique pour exécuter le calendrier de mise en service et toutes ces répétitions ont porté leurs fruits

“Comme beaucoup d’entre vous le savent, je suis un grand fan de Jimmy Buffett (c’est un euphémisme – je suis une tête de perroquet). En me promenant aujourd’hui, la chanson « Book on the shelf » m’est venue dans la tête et ce couplet (en particulier la troisième ligne et j’ai changé la cinquième ligne):”

Et je sais que ces histoires ont été racontées bien avant moi
Jetez un mot dans une bouteille en espérant que cela vous aidera
J’ai tellement de chance d’avoir une équipe d’étoiles
Certains stoïques, certains fous, certains passent à travers
Je sais que je suis privilégié de travailler avec les meilleurs et
J’ai fini d’expliquer ou de passer un test
Alors verse-m’en un autre, c’est bon pour ma santé
Je ne suis pas prêt à mettre le livre sur l’étagère

L’ajustement des miroirs suit son cours

L’image ci-dessous montre la progression du processus d’alignement et d’ajustement des différents segments de miroirs primaires (A, B, C) et du miroir secondaire (SM) lorsqu’ils se déplacent vers le haut à 12,5 mm depuis leur position lors du lancement dans la coiffe d’Ariane, vers leur état final après le déploiement complet.

Les miroirs se déplacent en très petits pas sur une période d’environ 10 jours pour terminer leur déploiement. Ils se déplacent d’environ 1 mm par jour chacun.

Chaque segment du miroir primaire est identifié par une lettre (A,B,C) suivie d’un nombre. La lettre indique l’une des trois prescriptions différentes pour chaque groupe de segments miroirs primaires.

REMARQUE : Les segments A3 et A6 seront déplacés séparément à la fin du processus, car leurs capteurs de position sont lus différemment.

« Pour soutenir les miroirs mobiles pendant le trajet vers l’espace, chacun d’eux a sur son dos trois chevilles métalliques rigides qui peuvent se
nicher dans des douilles de support correspondantes dans la structure du télescope. Avant le lancement, les miroirs étaient tous positionnés avec les chevilles serrées dans les prises, fournissant un soutien supplémentaire, les gardant en sécurité supplémentaire pendant les vibrations et les accélérations lors du lancement. Chaque miroir doit maintenant être déployé de 12,5 millimètres (environ un demi-pouce) pour dégager les
chevilles des prises. Cela donnera aux miroirs « de la place pour se déplacer » et permettra de les préparer à leur position de départ pour l’alignement.
Pour y arriver, il faut de la patience : Les actionneurs commandés par ordinateur sont conçus pour des mouvements extrêmement petits mesurés en nanomètres. Chacun des miroirs peut être déplacé avec une précision incroyablement fine, avec des réglages aussi petits que 10 nanomètres (ou environ 1/10000ème de la largeur d’un cheveu humain). Maintenant, nous utilisons ces mêmes actionneurs pour commander des déplacements sur un centimètre. Donc ces déploiements initiaux sont de loin les plus grands mouvements que les vérins des miroirs du JWST feront dans l’espace.
Et nous ne les faisons pas tous en même temps ! Le système de commande des miroirs est conçu pour fonctionner avec un seul actionneur à la fois. Cela est à la fois plus simple (en termes de complexité de l’électronique de commande) et plus sûr (puisque les ordinateurs et les capteurs peuvent surveiller de près chaque actionneur individuel comme il fonctionne). De plus, afin de limiter la quantité de chaleur que les moteurs de l’actionneur introduisent dans les segments très froids du miroir du JWST, chaque actionneur ne peut être utilisé que pendant une courte période. Ainsi, ces grands mouvements de 12,5 millimètres pour chaque segment sont divisés en beaucoup, beaucoup de petits mouvements. Les scripts envoyés par le Centre des opérations de la mission dirigeront ce processus (sous supervision humaine), commanderont chaque actionneur à la fois, lentement et régulièrement, à tour de rôle entre les segments. À pleine vitesse, il faut environ une journée pour déplacer tous les segments de seulement 1 millimètre. C’est à peu près la même vitesse à laquelle l’herbe pousse!
Ce n’est peut-être pas la période la plus excitante de la mise en service du télescope, mais c’est OK. Nous pouvons prendre le temps. Pendant les jours où nous déployons lentement les miroirs, ceux-ci continuent aussi de se refroidir lentement à mesure qu’ils rayonnent dans le froid de l’espace. Les instruments se refroidissent également de façon graduelle et soigneusement contrôlée, tandis que le JWST continue à se déplacer doucement vers L2. Tous ces processus graduels, lents et réguliers, nous rapprochent chaque jour un peu plus de notre objectif ultime qui est d’avoir un miroir parfaitement aligné. »
 Marshall Perrin, Directeur Adjoint pour les Opérations du Télescope au STScI, à Baltimore (Institut Scientifique du Télescope Spatial).
“Aligner les segments du miroir primaire comme s’ils étaient un seul grand miroir signifie que chaque miroir est aligné à 1/10000ème de l’épaisseur d’un cheveu humain. Ce qui est encore plus étonnant, c’est que les ingénieurs et les scientifiques qui travaillaient sur le JWST ont littéralement dû inventer comment le faire.”
Lee Feinberg, Directeur de l’OTE (Eléments Optiques du Télescope) au Centre Goddard des vols spatiaux (“Goddard Space Flight Center”)

Une fois dans l’espace, faire en sorte que ces miroirs se concentrent correctement sur les galaxies lointaines est un autre défi. Les actionneurs, qui sont des moteurs mécaniques minuscules, doivent fournir la réponse à la réalisation d’un objectif parfait unique.Ce n’est pas une opération évidente!

Ajustement des miroirs

Les ailes du miroir primaire sont maintenant entièrement déployées et verrouillées en place, mais les segments de miroir individuels restent dans leur configuration de lancement. L’opération d’ajustement de l’optique se déroulera sur plusieurs jours, en plusieurs étapes, pour activer et déplacer chacun des 18 segments du miroir primaire et le miroir secondaire de leur configuration de lancement jusqu’à leur position déployée pour procéder à l’alignement “fin” de l’optique. 

Les 18 segments du miroir primaire et le miroir secondaire sont réglables via six actionneurs qui sont fixés à l’arrière de chaque miroir. Les segments de miroir primaire ont également un actionneur supplémentaire à son centre qui ajuste sa courbure. Le miroir tertiaire du télescope (qui renvoie la lumière vers les instruments) reste stationnaire. Les segments du miroir primaire et le miroir secondaire se déplaceront au total de 12,5 mm, par petits incréments, sur une période d’environ 10 jours pour terminer le déploiement de chaque segment.

Chaque segment de béryllium doré est équipé d’actionneurs mécaniques permettant un mouvement dans six directions. Un septième actionneur peut pousser ou tirer sur le centre d’un segment pour déformer légèrement sa forme si nécessaire.

Sans alignement, les 18 segments produiraient 18 images distinctes. À l’aide de l’instrument NIRCam, les ingénieurs vont maintenant cartographier l’alignement de chaque segment et envoyer des commandes pour ajuster l’orientation et la courbure au besoin afin de produire une seule image bien ciblée.

Une fois que tous les ajustements de chacun des segments de miroirs individuels seront terminés, le processus détaillé d’alignement des miroirs optiques commencera, ce qui représente un processus d’environ trois mois. En parallèle, à mesure que les températures refroidissent suffisamment, les équipes responsables des instruments les allumeront et commenceront le processus de mise en service de chaque instrument.

C’est un processus lent et fastidieux, mais indispensable. Encore un peu de patience avant les premières images, cet été!…

Pourquoi le JWST décélère ?

Beaucoup d’Internautes se/nous posent la question. C’est en effet, à première vue, surprenant et intriguant.

La réponse vient de la physique et plus précisément de la mécanique céleste:

Le JWST est toujours sous l’influence de la gravité terrestre. Et puisqu’il s’éloigne de la Terre, la Terre exerce sur l’observatoire une force dans la direction opposée à celle dans laquelle il se déplace, ce qui signifie que le vaisseau est en décélération.
C’est essentiellement comme s’il s’agissait d’escalader une colline. La fusée qui l’a propulsé a épuisé son carburant et a été larguée peu après le lancement. Ainsi, depuis lors, tout comme une voiture qui monte en pente au point mort, elle ralentit graduellement au fur et à mesure, et elle a soigneusement planifié de ralentir jusqu’à un « arrêt » juste au moment où elle atteint le sommet de la « colline » à L2, c’est sa destination. Si le JWST arrivait trop vite en L2, qui n’est pas un point de libration stable, il manquerait sa cible et continuerait sa course vers.. ???

 

Le JWST est complètement déployé !

Le 7 janvier, ingénieurs et techniciens ont commencé la dernière étape des déploiements structuraux majeurs du JWST: le déploiement des deux ailes du miroir primaire. Ces panneaux latéraux, repliés pour le lancement, contiennent chacun trois des 18 segments de miroir hexagonaux revêtus d’or de l’observatoire.
L’équipe a commencé à 14h36 (heure française) à déployer l’aile miroir du côté gauche de l’observatoire. Les ingénieurs doivent d’abord relâcher les mécanismes qui maintiennent l’aile en place pour le lancement, afin de permettre à l’aile de se déployer. Le panneau tourne ensuite en position, un processus motorisé qui prend environ cinq minutes. Une fois l’aile déployée, les ingénieurs ont entamé un processus méticuleux de deux heures pour la verrouiller en toute sécurité. A 20 h 11, les ingénieurs ont confirmé que le panneau était entièrement sécurisé et verrouillé, et que son déploiement était terminé.

Le déploiement de la deuxième aile du miroir primaire, a démarré le lendemain, samedi 8 janvier, et a suivi le même processus. Le centre de contrôle des opérations du STScI de Baltimore a commencé à déployer le deuxième panneau latéral du miroir à 14 h 53 (heure de Paris). Une fois qu’elle s’est déployée et est entrée en position à 19 h 17,  l’équipe a pu déclarer avec autant de fierté que de soulagement que tous les déploiements majeurs avaient été effectués avec succès… ET QUE LE JWST ÉTAIT MAINTENANT COMPLÉTEMENT DÉPLOYÉ!

Le télescope spatial le plus grand et le plus complexe du monde commencera maintenant à déplacer ses 18 segments miroirs primaires pour aligner l’optique du télescope. L’équipe au sol commandera 126 vérins à l’arrière des segments pour fléchir chaque miroir – un alignement qui prendra des mois à réaliser. L’équipe calibrera ensuite les instruments scientifiques avant de livrer les premières images du JWST cet été.

Scène de jubilation (et de soulagement) accompagnée de nombreux applaudissements dans la salle de contôle du STScI à Baltimore après le succès du déploiement complet de l’observatoire !

Déploiement réussi du radiateur ADIR

La « trappe » est maintenant ouverte : l’ADIR (Aft Deployable Instrument Radiator) est sorti de l’arrière du télescope pour expulser la chaleur des instruments scientifiques dans l’espace.

Il s’agit d’un ensemble de radiateurs spécialisés nécessaires pour que les instruments scientifiques du JWST atteignent les températures de fonctionnement basses et stables requises.

L’OTE (Optical Telescope Element) est l’œil de l’observatoire. Il rassemble la lumière provenant de l’espace et la fournit aux instruments scientifiques. Il comprend les miroirs ainsi que les structures et sous-systèmes qui soutiennent l’optique, et en particulier l’ADIR.

L’ADIR, c’est un grand panneau rectangulaire de 1,2 m par 2,4 m, composé de sous-faces en aluminium de haute pureté recouvertes de cellules en nid d’abeille peintes pour créer une surface ultra-noire. Il s’est déployé avec succès vers 14 h 48 (heure française), aujourd’hui jeudi 6 janvier 2022. L’ADIR, qui s’éloigne de l’arrière du télescope comme une trappe sur charnières, est relié aux instruments par des sangles flexibles en aluminium de haute pureté. Le radiateur aspire la chaleur des instruments et la jette par-dessus bord jusqu’au fond extrêmement froid de l’espace profond.

Le déploiement de l’ADIR – un processus qui a déclenché un verrou pour permettre au panneau de se mettre en position – a pris environ 15 minutes, un peu moins de ce qui était pévu.

La dernière série de déploiements majeurs du JWST devrait commencer demain, le 7 janvier, avec la rotation en position de la première des deux ailes du miroir primaire. La deuxième aile du miroir primaire – qui sera le dernier grand déploiement – est prévue pour le samedi 8 janvier.

La structure de support du miroir secondaire déployée avec succès!

Aujourd’hui, mercredi 5 janvier, les équipes du JWST ont déployé avec succès la structure du support du miroir secondaire du télescope. Lorsque la lumière de l’univers lointain frappera les 18 segments du miroir primaire en or emblématiques de cet extraordinaire observatoire, elle se réfléchira et frappera ce petit miroir secondaire de 0,74 mètre, qui dirigera la lumière vers les divers instruments. Le miroir secondaire est soutenu par trois entretoises légères déployables qui mesurent chacune près de 7,6 mètres de long et sont conçues pour résister aux rigueurs de l’espace. Des systèmes de chauffage spécialisés ont été utilisés pour réchauffer les joints et les moteurs nécessaires à un fonctionnement continu.

« Un autre grand jour pour JWST! Je félicite l’équipe en charge du déploiement du miroir secondaire qui se trouve au Mission Operations Center de Baltimore. C’est incroyable… Nous sommes à près d’un million de kilomètres de la Terre et nous avons un télescope. »

Bill Ochs, chef de projet Webb au Goddard Space Flight Center de la NASA,


Le processus de déploiement a commencé vers 15 h 52 (heure de Paris), et le miroir secondaire a fini de se mettre en position allongée vers 17 h 28. La structure de support du miroir secondaire a ensuite été verrouillée vers 17 h 51. Vers 18 h 23, les ingénieurs ont confirmé que la structure était entièrement sécurisée et verrouillée et que le déploiement était terminé. C’est indéniablement un grand succès!

« Le trépied le plus sophistiqué au monde a été déployé. C’est vraiment ainsi qu’on peut voir les choses. Le miroir secondaire du JWST a dû se déployer en microgravité, et dans des températures extrêmement froides, et il a finalement pu fonctionner la première fois sans erreur. Il devait aussi se déployer, se positionner et se verrouiller à une tolérance d’environ un millimètre et demi, et ensuite il devait rester extrêmement stable alors que le télescope pointe vers différents endroits dans le ciel – et c’est tout pour une structure de support de miroir secondaire de plus de 7 mètres de longueur. »

Lee Feinberg, gestionnaire des éléments optiques du JWST au Goddard. Space Flight Center (NASA).


La vidéo ci-dessous montre le déroulé du déploiement du miroir secondaire.

A noter qu’un important système de radiateur (radiateur d’instrument mobile arrière , ADIR), va maintenant (le 6 janvier 2022) être déployé pour contribuer à évacuer la chaleur des instruments et des miroirs.

JWST