Webb se rapproche de sa destination avec un alignement critique des miroirs à portée de main – Spaceflight Now

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À trente jours de la Terre, le télescope spatial James Webb se glissera sur son orbite de stationnement à un million de kilomètres lundi, un endroit idéal pour scruter le ciel à la recherche de la faible lumière infrarouge de la première génération d’étoiles et de galaxies.

Mais y arriver – et déployer avec succès un pare-soleil géant, des miroirs et d’autres appendices en cours de route – n’était que la moitié du plaisir.

Les scientifiques et les ingénieurs doivent maintenant transformer le Webb de 10 milliards de dollars en un télescope fonctionnel, alignant avec précision ses 18 segments de miroirs primaires afin qu’ils fonctionnent ensemble comme un seul miroir de 21,3 pieds de large, de loin le plus grand jamais lancé.

Plus tôt cette semaine, l’équipe des opérations de la mission a terminé à distance un processus de plusieurs jours pour élever chaque segment, et le miroir secondaire de 2,4 pieds de large du télescope, à un demi-pouce des verrous de lancement qui les maintenaient fermement en place pendant le jour de Noël de l’observatoire. monter dans l’espace au sommet d’une fusée européenne Ariane 5.

Maintenant entièrement, les 18 segments sont actuellement alignés à environ un millimètre près. Pour que le télescope obtienne une mise au point d’une netteté remarquable, cet alignement doit être réglé avec précision à moins de 1/10 000e de la largeur d’un cheveu humain à l’aide de plusieurs actionneurs pour incliner et même modifier la forme d’un segment si nécessaire.

« Notre miroir principal est segmenté, et ces segments doivent être alignés sur une fraction de longueur d’onde de lumière », a déclaré Lee Feinberg, responsable des éléments de télescope optique au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Nous ne parlons pas de microns, nous parlons d’une fraction de longueur d’onde. C’est ce qui est délicat avec Webb.

Une fois aligné et ses instruments calibrés, Webb sera 100 fois plus puissant que Hubble, selon la NASA, si sensible à la lumière infrarouge qu’il pourrait détecter la faible chaleur d’un bourdon aussi loin que la lune.

Chaque segment de miroir a été rectifié selon une prescription qui prend en compte les effets déformants de la gravité lors de leur fabrication sur Terre et leur retrait attendu dans les températures ultra-basses de l’espace. Ils ont été calculés avec une telle précision que si l’un d’entre eux était agrandi à la taille des États-Unis, les montagnes Rocheuses de 14 000 pieds de haut mesureraient moins de 2 pouces de haut.

Mais si Webb visait une étoile brillante aujourd’hui, le résultat serait 18 images distinctes « et elles vont avoir l’air terribles, elles vont être très floues », a déclaré Feinberg dans une interview, « parce que les segments de miroir primaires ne sont pas encore alignés.

C’est le prochain obstacle majeur pour l’équipe Webb, cartographier puis incliner chaque segment par petits incréments, fusionner ces 18 images pour former un seul point de lumière exactement focalisé. Il s’agit d’un processus itératif en plusieurs étapes qui devrait prendre plusieurs mois.

Mais d’abord, le télescope doit se mettre en orbite autour du point de Lagrange 2, à 930 000 miles de la Terre où la gravité du Soleil et de la Terre se combinent pour former une poche de stabilité qui permet au vaisseau spatial de rester en place avec une dépense minimale de carburant.

C’est également un point où le pare-soleil de la taille d’un court de tennis de Webb peut fonctionner au maximum, bloquant la chaleur du soleil, de la Terre, de la lune et même de la poussière interplanétaire chaude qui, autrement, submergerait les détecteurs infrarouges sensibles du télescope.

Samedi, les segments de miroir s’étaient refroidis à environ moins 340 degrés Fahrenheit, bien sur le chemin d’une température de fonctionnement d’environ moins 390, soit un peu moins de 40 degrés au-dessus du zéro absolu.

Pendant que le processus de refroidissement se poursuit, un tir de propulseur de correction de trajectoire de 4 minutes et 58 secondes est prévu lundi à 14 h 00 HNE pour modifier la vitesse du vaisseau spatial d’un léger 3,4 mph, juste assez pour le placer sur une orbite lointaine autour du point de Lagrange 2. .

Si tout se passe bien, le télescope restera sur cette orbite de six mois pour le reste de sa vie opérationnelle, tirant périodiquement son propulseur de maintien en position pour rester en position.

Avec la brûlure d’insertion en orbite derrière eux, les ingénieurs poursuivront l’alignement des miroirs, l’un des aspects les plus complexes du déploiement déjà compliqué de Webb.

Chaque segment de miroir primaire hexagonal de 4,3 pieds de large comporte six actionneurs mécaniques dans un arrangement « hexapode » à l’arrière, permettant un mouvement dans six directions. Un septième actionneur peut pousser ou tirer sur le centre d’un segment pour déformer légèrement sa courbure si nécessaire.

Après que la caméra infrarouge proche de Webb, ou NIRCam, se soit refroidie à sa température de fonctionnement, Webb visera une étoile brillante afin que l’instrument puisse cartographier les réflexions des 18 segments, créant une mosaïque montrant leur taille et leur position relatives.

Les segments de miroir seront alors ajustés un par un, à l’aide d’un actionneur puis d’un autre, pour bien viser chacun. Des mosaïques supplémentaires seront créées au fur et à mesure que le processus se poursuit et, en fonction des résultats, le processus d’alignement devra peut-être être répété.

« Le plus important est de faire en sorte que les 18 segments de miroir primaires pointent de la même manière afin que leurs images aient à peu près la même taille », a déclaré Feinberg. « Certains d’entre eux peuvent être très flous et vous pouvez donc obtenir une grande tache (image d’étoile floue) sur le segment 5 et une petite tache sur le segment 3. »

L’objectif est d’incliner les segments selon les besoins pour minimiser la taille des images défocalisées, puis de déplacer les réflexions multiples vers le même point au centre de l’axe optique du télescope, tous empilés les uns sur les autres pour produire un seul faisceau de lumière fortement focalisé.

« Au niveau le plus élevé, considérez-le comme 18 télescopes séparés alignés à peu près au même niveau », a déclaré Feinberg. « Et puis nous chevaucherons 18 points les uns sur les autres. Nous appelons cela l’empilement d’images. Il s’agit d’un processus d’inclinaison des segments du miroir primaire afin que les images tombent les unes sur les autres.

La clé, a-t-il dit, est « vous avez vraiment besoin d’un très bon contrôle de ces actionneurs, d’inclinaisons très précises, car nous avons besoin que ces 18 points se chevauchent très bien. »

Un segment donné peut perdre l’un de ses six actionneurs d’inclinaison sans impact. Même la perte d’un actionneur central peut être compensée dans une certaine mesure en déplaçant légèrement le segment vers le haut ou vers le bas.

Mais des tests exhaustifs sur le terrain ont montré que les actionneurs de haute technologie sont extrêmement fiables. Les procédures ont été testées avant le lancement à l’aide d’un modèle à petite échelle du télescope et Feinberg a déclaré qu’il était convaincu que le processus d’alignement fonctionnerait comme prévu.

« Quand aurons-nous une image d’une étoile en phase (correctement empilée et focalisée) ? Je pense que ce sera en mars, peut-être fin mars », a-t-il déclaré.

« Mais alors la question suivante est, quand aurons-nous le télescope entièrement aligné, y compris le miroir secondaire, optimisé pour les quatre instruments ? Le plan initial nous avait permis d’y parvenir quatre mois complets après le début de la mission. Donc, ce serait comme la fin avril.

Cela ne suffira toujours pas pour que les observations scientifiques commencent.

Une fois le système optique aligné, l’équipe se concentrera sur les tests et l’étalonnage de NIRCam, une combinaison caméra et spectrographe, et les trois autres instruments spectrographiques du télescope, dont l’un comprend le guidage fin du capteur nécessaire pour maintenir Webb verrouillé sur la cible.

Ce processus prendra encore environ deux mois. Ce n’est qu’alors que des images ciblées de « première lumière » seront rendues publiques.

« Nous voulons nous assurer que les premières images que le monde voit, que l’humanité voit, rendent justice à ce télescope de 10 milliards de dollars et ne sont pas celles d’une étoile », a déclaré Jane Rigby, scientifique du projet Webb. à Godard.

« Nous prévoyons donc une série d’images » wow « qui seront publiées à la fin de la mise en service lorsque nous commencerons des opérations scientifiques normales conçues pour montrer ce que ce télescope peut faire … et pour vraiment faire tomber tout le monde. »