Pointage et Orientation du Télescope

Le pointage et l’orientation du JWST sont effectués par le logiciel de vol, qui traite les données des capteurs de contrôle de l’attitude (voir les degrès à estimer en fin de l’article), les instructions du module d’instruments scientifiques intégrés (ISIM) et du système au sol JWST, et transmet les commandes aux actionneurs. Le sous-système de contrôle de l’assiette (ACS, Attitude Control Subsystem)) est responsable du maintien de l’assiette et du pointage, des manœuvres de balayage, de la mise en marche des propulseurs, du contrôle de la manœuvre Delta-V (correction d’orbite), du pointage de l’antenne pour assurer la meilleure réception des signaux dans les deux sens, des modes de sécurité de l’observatoire. et veiller à ce que l’observatoire respecte les contraintes d’évitement du Soleil.

Alors, comment cela se passe-t-il ?

L’ACS utilise des capteurs solaires, appelés souvent traceurs d’étoiles et des gyroscopes pour détecter l’orientation et le mouvement de l’observatoire, ainsi que des roues à réaction et/ou des propulseurs pour appliquer la force ou le couple à l’observatoire pour le contrôle de pointage ou les manœuvres. Les roues à réaction fournissent les couples de commande nécessaires pour maintenir l’assiette et le pointage ainsi que pour pivoter. Il y en a plusieurs. Elles peuvent éventuellement fonctionner en couple de manière à ce que l’une peut décélérer une autre, voire la freiner. Les traceurs stellaires fournissent une référence d’inertie stellaire pour le contrôle de pointage grossier sur 3 axes. L’ACS pointe l’axe de la ligne de visée du télescope avec une précision de 8 seconde d’arc (1-σ, par axe) de la position commandée avant de guider l’acquisition de l’étoile, sans aucune position de référence ni de données provenant du capteur de guidage fin (FGS).

Le contrôle de l’orientation de l’axe optique du télescope est assuré par des données provenant de deux balises. Ces « traceurs stellaires » ont chacun un champ de vue (FOV, Field Of View) d’un diamètre d’environ 16 degré, projeté sur un détecteur CCD de 512 x 512 pixels. Ils sont orientés à plus de 45° de la ligne de visée du télescope. Ces traceurs d’étoiles comparent les positions observées des étoiles brillantes (magnitude visuelle V < 6) à un catalogue d’étoiles interne. Cela permet de sélectionner une seule étoile pour un guidage précis, qui alors est injecté dans le champ de vision du FGS.

Bien évidemment, la durée du pointage d’une région du ciel à une autre est fonction de la longueur du mouvement que doit effectuer le télescope. Elle est déterminée en partie par la nécessité de maintenir les temps de stabilisation des instruments dans certaines limites, ainsi que le réquisit essentiel d’atteindre le nouveau pointage dès que possible. Pour les différences de pointages de 25 secondes d’arc jusqu’à 3 degré, la vitesse pour changer de position est plus ou moins lente, selon la position de départ et celle d’arrivée, parce qu’il faut éviter que les propulseurs ne soient soumis à un mécanisme de balancier avant d’atteindre la valeur désirée et minimiser tous les phénomènes turbulents de ballotement de l’agent propulsif dans les réservoirs qui alimentent les propulseurs. . Le JWST utilise deux types de propulseurs : les propulseurs augmentés à combustion secondaire (SCAT) utilisent l’hydrazine (N 2H 4) et le tétroxide dinitrogène (N 2O 4) comme agents propulsifs. Une fois excité, le liquide de propulsion peut prendre beaucoup de temps à s’humidifier (plus de 20 minutes dans certains cas).

Puis, rentre en jeu le FGS, le senseur de guidage fin (Fine Guiding Sensor, un apport essentiel de l’Agence Spatiale Canadienne): c’est une caméra proche infrarouge (NIR) installée dans l’ISIM (bande passante de ~0,6 à 5,0 μm). Cet instrument dispose de 2 canaux, chacun avec un champ d’exploration (FOV) de 2,3 x 2,3 minute d’arc, et une échelle de pixels de ~0,069 seconde d’arc. Sa fonction et d’dentifier et d’acquérir une étoile guide, mesurer sa position dans l’un des 2 canaux de guidage et fournir ces données au sous-système de contrôle de l’assiette (ACS) du JWST pour la détermination de l’assiette.

Le FGS fournira des données de positions précises à l’ACS pour la stabilisation de l’attitude et le contrôle absolu (ascension droite et déclinaison) de la position de la cible.  A noter que l’ACS utilise les données des traceurs stellaires hors axe pour contrôler l’orientation de la fusée. Outre son rôle essentiel dans l’exécution des observations, le FGS fait également partie intégrante de la mise en service de l’Observatoire JWST et de la planification de l’observatio