Les ingénieurs du Johnson Space Center de la NASA à Houston ont utilisé des ondes lumineuses pour aligner les segments de miroir du télescope spatial James Webb les uns par rapport aux autres, donc ils agissent comme un seul, miroir monolithique dans le froid cryogénique de l'emblématique chambre A du centre.

Une partie des tests cryogéniques en cours du télescope Webb dans la chambre A de Johnson comprend l'alignement, ou "phasage, " les 18 segments de miroir primaire de forme hexagonale du télescope pour qu'ils fonctionnent comme un seul miroir de 6,5 mètres. Tous ces segments doivent avoir la bonne position et la bonne courbure; sinon, le télescope ne pourra pas se concentrer avec précision sur ses cibles célestes.

Aligner les rétroviseurs

Pour mesurer la forme du miroir primaire du télescope Webb, les ingénieurs utilisent un appareil de test appelé interféromètre, qui projette un laser sur le miroir. Parce que le miroir est segmenté, il nécessite un interféromètre spécialement conçu, appelé interféromètre multi-longueurs d'onde, qui permet aux ingénieurs d'utiliser deux ondes lumineuses à la fois, a expliqué Lee Feinberg, gestionnaire d'éléments de télescope optique pour le télescope Webb au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

L'interféromètre divise la lumière laser en deux ondes distinctes. L'une de ces ondes traverse une lentille et se réfléchit sur le miroir primaire; l'autre onde sert de référence. L'onde réfléchie interfère avec (rencontre) l'onde de référence, et les ingénieurs analysent l'onde combinée qui résulte de cette interférence. "En analysant le signal d'interférence, les ingénieurs déterminent la forme du miroir et l'alignement des miroirs, " a expliqué Feinberg.

Lorsque les ingénieurs doivent ajuster les positions et les formes des segments de miroir pour obtenir un alignement précis, ils utilisent les sept actionneurs (minuscules moteurs mécaniques) fixés à l'arrière de chacun des segments de miroir. Pour chaque segment, six de ces actionneurs sont placés par groupes de deux, en trois points également espacés le long de l'extérieur du miroir (pour ajuster la position du segment), et un est attaché à six entretoises qui sont connectées à chacun des coins du segment de miroir hexagonal (pour ajuster la forme du segment).

Les actionneurs sur chaque segment de miroir sont capables de mouvements extrêmement infimes, qui permettent aux ingénieurs d'aligner l'ensemble du miroir primaire en ajustant finement chaque segment de miroir. "Ils peuvent se déplacer par étapes qui sont une fraction d'une longueur d'onde de la lumière, soit environ 1/10, 000e le diamètre d'un cheveu humain, " a expliqué Feinberg.

Ces actionneurs peuvent également être utilisés pour remodeler avec précision chaque segment de miroir afin de s'assurer qu'ils correspondent tous une fois alignés. La possibilité de changer l'alignement et la forme du miroir est essentielle car le miroir doit être déplié de sa position de rangement non alignée lorsque le télescope se déploie. Ce test vérifie que les actionneurs ont une amplitude de mouvement suffisante une fois dans l'espace, à leur température de fonctionnement d'environ 40 K (ou environ moins 388 degrés Fahrenheit / moins 233 degrés Celsius), pour mettre le miroir principal du télescope dans sa forme correcte afin qu'il puisse étudier avec précision l'univers.

Tester les miroirs alignés

Avec les miroirs alignés, les ingénieurs testent l'optique de Webb à l'aide d'un équipement de support appelé ASPA, un acronyme imbriqué qui signifie "AOS Source Plate Assembly". L'ASPA est un matériel de test qui se trouve au sommet du sous-système optique arrière (AOS) de Webb et envoie une lumière laser de test dans et hors du télescope, agissant ainsi comme une source de lumière artificielle des étoiles. L'AOS contient les miroirs tertiaires et à orientation fine du télescope.

Pendant une partie du test optique, appelé le test « demi-passé », l'ASPA alimente la lumière laser directement dans l'AOS, où il est dirigé par les miroirs tertiaires et de précision vers les quatre instruments scientifiques de Webb, qui se trouvent dans un compartiment directement derrière le miroir principal. Ce test permet aux ingénieurs d'effectuer des mesures de l'optique à l'intérieur de l'AOS pour vérifier que le miroir tertiaire de Webb, qui est immeuble, est correctement aligné sur les instruments.

Dans une autre partie du test, appelé le test « réussite et demi », la lumière se déplace en sens inverse à travers l'optique du télescope. La lumière est à nouveau introduite dans le système à partir de l'ASPA, mais vers le haut cette fois, au miroir secondaire. Le miroir secondaire réfléchit la lumière vers le miroir primaire, qui la renvoie vers le haut de la chambre A. Des miroirs en haut de la chambre renvoient la lumière vers le télescope, où il suit son cours normal à travers le télescope jusqu'aux instruments, mais cette fois en contournant l'équipement de test ASPA.

"Cela vérifie non seulement l'alignement du miroir primaire lui-même, mais aussi l'alignement de l'ensemble du télescope - le miroir primaire, miroir secondaire, et les miroirs tertiaires et de direction fine à l'intérieur de l'AOS, " a déclaré Paul Geithner, le chef de projet adjoint - technique pour le télescope Webb à Goddard. "Pris ensemble, les tests de réussite et de réussite et demie démontrent que tout est aligné sur tout le reste."

Étant donné que l'ASPA est un matériel de test au sol, il sera retiré du télescope une fois les tests cryogéniques à Johnson terminés.

L'environnement de vide cryogénique de la chambre A simule l'environnement spatial glacial où Webb opérera, et où il collectera des données sur des parties de l'univers jamais observées auparavant. Vérification de l'ensemble du télescope, y compris son optique et ses instruments, fonctionne correctement dans cet environnement froid garantit que le télescope fonctionnera correctement dans l'espace. Le télescope et ses instruments sont conçus pour fonctionner à froid, ils doivent donc être froids pour être alignés et pour fonctionner correctement.

Le télescope spatial James Webb est le complément scientifique du télescope spatial Hubble de la NASA. Ce sera le télescope spatial le plus puissant jamais construit. Webb est un projet international mené par la NASA avec ses partenaires, ESA (Agence spatiale européenne) et l'ASC (Agence spatiale canadienne).