Sur la lune géante de Saturne Titan, le méthane liquide et autres hydrocarbures pleuvent, sculpter des rivières, lacs et mers dans un paysage d'eau gelée. La chimie complexe de ce monde glacé pourrait être analogue à la période où la vie est apparue pour la première fois sur Terre, ou il pourrait donner un tout nouveau type de vie. Et même plus loin, à des années-lumière dans l'espace lointain, un trou noir déchiquette le noyau ultra-dense d'une étoile morte, déformant le tissu de l'espace lui-même et envoyant des vagues d'espace-temps voler à travers l'univers.

Dans la salle blanche de l'assemblage laser spatial (SLAC) du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, la branche Laser et électro-optique construit des lasers pour la mission Dragonfly de la NASA vers Titan et l'antenne spatiale interférométrique laser (LISA) de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui mesurera les ondes dans l'espace-temps causées par des collisions massives.

Le SLAC de Goddard est un centre d'expertise pour l'art et la science de la construction de lasers pour des instruments avancés permettant d'explorer des environnements exotiques et extrêmes tels que ceux étudiés par Dragonfly et LISA.

Les lasers sont difficiles, ils ne « veulent » pas travailler, dit Barry Coyle, physicien à la NASA Goddard.

« Tout doit être parfait, " dit Coyle.

C'est pourquoi les assembler en un seul endroit est si essentiel à l'efficacité, à la fois en termes de production et de coût. C'est l'idée derrière le SLAC, et il a été conçu peu de temps après le lancement d'ICESat-1. ICESat-1 abritait le système d'altimètre laser Geoscience, qui a été produit dans une installation conjointe de l'Université du Maryland et de Goddard. Bien que le laser ait bien fonctionné, Coyle a dit, produire des systèmes laser de vol spatial en dehors de la NASA pourrait être coûteux et inefficace.

Coyle a déclaré que lui et d'autres avaient réalisé que ces dépenses pourraient être réduites si les lasers étaient produits dans un laboratoire interne. En outre, du temps et de l'énergie pourraient être économisés.

Pamela Millar, chef du Bureau de la technologie des sciences de la Terre, était le chef de la branche Télédétection à l'époque et a dirigé les efforts pour obtenir le financement du SLAC, dit Coyle. Depuis, le labo a produit des lasers.

Actuellement, l'équipe Goddard développe un laser ultraviolet (UV) dans le SLAC - le laser Dragonfly Mass Spectrometer (DraMS) - pour la mission Dragonfly. La mission implique un atterrisseur à giravion conçu pour plusieurs arrêts à la surface de Titan. L'atterrisseur, en cours de conception et de construction au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory à Laurel, Maryland, transportera une suite complète d'instruments pour échantillonner des matériaux et approfondir ses connaissances sur la composition de la surface de la lune et d'autres propriétés.

L'ingénieur laser Goddard, Matt Mullin, travaille actuellement sur le laser DraMS, lorsque son travail quotidien consiste à construire ou à aligner du matériel, construire le laser, ou exécuter des tests sur des sous-composants.

"Essentiellement, le faisceau laser UV sera focalisé dans une coupelle d'échantillon, qui contient certains des matériaux de surface de Titan. Le faisceau désorbera les composés moléculaires de l'échantillon et excitera les ions (atomes et molécules avec une charge électrique nette) à ingérer dans le spectromètre de masse que les scientifiques peuvent utiliser pour détecter de quoi cet échantillon est composé, " il a dit.

Le laser est passionnant car il vole sur une mission New Frontiers, dit Mulline. Le programme New Frontiers est une initiative de la NASA qui vise à financer des missions qui exploreront des parties du système solaire considérées comme hautement prioritaires en science planétaire.

"Nous avons envoyé une sonde à Titan dans le passé, mais cet instrument et cette mission sont destinés à résoudre de nombreux mystères liés à cette lune vraiment intéressante suite à une exploration précédente, " a déclaré Mullin. " Et voir si cette lune pourrait potentiellement abriter une forme de vie serait très intéressant. "

Cependant, les températures extrêmement froides et le méthane dans l'atmosphère de Titan et à sa surface constituent des obstacles.

« Comment obtenez-vous un laser là-bas et comment le faire fonctionner là-bas ? » dit Coyle. "Ce sont les deux défis."

Il est essentiel que l'instrument soit aussi petit que possible et que le poids et la consommation d'énergie soient minimisés. En plus de ça, les lasers ont besoin de conditions parfaites pour fonctionner correctement.

"Vous êtes comme équilibrer un œuf sur son extrémité, il veut toujours ne pas fonctionner. Vous exploitez des photons (particules de lumière) pour faire ce que vous voulez, c'est très difficile, " dit Coyle.

C'est pourquoi le SLAC aide. Sans SLAC, produire le laser impliquerait de nombreux déplacements entre les bâtiments avec des équipes distinctes travaillant dessus.

"Cela aide d'avoir un emplacement central où nous pouvons faire la liaison optique, l'ensemble de nettoyage, toute l'infrastructure ici—c'est super, " dit Coyle.

En plus de son travail sur Dragonfly, Lasers conçus par la NASA, contributions à la mission LISA dirigée par l'ESA, sera construit en laboratoire. LISA sera le premier observatoire spatial des ondes spatio-temporelles, appelées ondes gravitationnelles. L'ESA cherche à tester la théorie de la gravité d'Einstein en mesurant les ondes gravitationnelles dans l'espace générées par des événements extrêmement violents comme les collisions de trous noirs.

"Le SLAC est un endroit parfait pour nous pour construire les lasers LISA, " Anthony Yu, le responsable du développement produit du laser LISA, mentionné. « Les lasers LISA ont de nombreuses exigences strictes et nous devons mettre en place des stations de test in situ pour vérifier les performances du laser pendant le processus de construction. Le SLAC nous permet de mettre en place des stations de test spécialisées pour tester le laser en temps réel et aussi quand il subit des tests de cyclage sous vide thermique après son assemblage."

Paul Stysley, Directeur adjoint de la branche laser et électro-optique de Goddard, et responsable du développement produit pour le laser DraMS, a déclaré que le cœur et l'âme du SLAC réside dans la façon dont il rationalise le développement technologique et la production de lasers.

"Ce qui rend le SLAC unique, c'est d'avoir un emplacement centralisé pour se développer, construire et tester des systèmes laser de vol spatial, " a déclaré Stysley. " Un flux de produits et une infrastructure sont en place pour développer, tester et surveiller l'environnement d'une conception laser du berceau à la tombe pour une mission de vol spatial conduisant à une réduction significative des risques techniques et des coûts."

Mullin a déclaré que travailler sur Dragonfly et avec l'équipe a été incroyable.

"Le vrai plaisir et la partie passionnante ont été de travailler avec certains des meilleurs ingénieurs et scientifiques du monde sur ce projet, " a déclaré Mullin. "Je me souviens avoir regardé Discovery Channel sur l'exploration future des lunes extérieures comme Europa ou Titan, mais je n'avais jamais vraiment imaginé que je ferais partie de l'une des équipes qui aideraient à l'explorer."