L'élément de vaisseau spatial du télescope spatial James Webb de la NASA a récemment terminé ses deux premiers tests environnementaux de lancement majeur à Northrop Grumman Aerospace Systems à Redondo Beach, Californie, et subira bientôt d'autres tests pour s'assurer qu'il résistera aux rigueurs du lancement et à l'environnement hostile de l'espace.

Le premier test de l'élément de l'engin spatial a simulé le choc mécanique causé par la séparation de l'adaptateur de charge utile de l'engin spatial après le lancement. Le deuxième test a soumis le vaisseau spatial au bruit extrême et aux vibrations résultantes de l'environnement de lancement. Ces tests de séparation des chocs et d'acoustique sont courants pour tous les engins spatiaux.

Des inspections détaillées de la quincaillerie après l'essai acoustique ont montré que la quincaillerie de fixation qui maintient les couvercles de la membrane du pare-soleil en place s'était desserrée.

"La NASA examine les options de réparation et les prochaines étapes des tests d'environnement de lancement d'éléments de vaisseau spatial, " a déclaré Greg Robinson, directeur du programme de Webb. "L'équipe examine les données de test et la configuration matérielle et travaille activement à la mise en place de mesures correctives dans un proche avenir. Nous prévoyons de revenir sous peu au flux de test environnemental et de continuer à progresser de manière sûre et méthodique vers le succès de la mission."

Des découvertes comme celle-ci ne sont pas rares dans le développement d'un vaisseau spatial complexe et unique. "C'est un exemple de la raison pour laquelle les systèmes spatiaux sont minutieusement et rigoureusement testés au sol pour découvrir les imperfections et les corriger avant le lancement, " dit Robinson.

L'élément de vaisseau spatial de Webb est le pare-soleil et le bus de vaisseau spatial combinés de l'observatoire. L'élément du vaisseau spatial et l'élément optique et les instruments scientifiques combinés de Webb, appelé sa charge utile scientifique, formera l'observatoire complet. Les deux moitiés résident actuellement à Northrop Grumman, Entrepreneur de l'observatoire de la NASA.

Le choc de la séparation de la charge utile

Lorsque Webb est lancé dans l'espace, il doit être plié comme un origami pour rentrer dans le carénage de la charge utile de sa fusée Ariane 5, qui mesure environ 15,1 pieds (4,6 mètres) de large. Le carénage, aussi appelé cône de nez de la fusée, protège Webb des forces et de la chaleur de l'atmosphère lorsque la fusée accélère dans l'espace.

A l'intérieur du carénage, l'adaptateur de charge utile attache physiquement Webb au sommet de l'Ariane 5. L'adaptateur a deux moitiés, l'une qui est attachée en permanence à Webb et l'autre qui est attachée au deuxième étage de la fusée. Lorsque la fusée atteint une altitude spécifique dans la haute atmosphère terrestre, le carénage de la charge utile est largué et retombe sur Terre. Suivant ceci, le premier étage d'Ariane 5 consomme son carburant et est également largué.

Après que le deuxième étage de la fusée ait donné à Webb un dernier coup de pouce pour l'envoyer sur son orbite au deuxième point de Lagrange Soleil-Terre (L2), les deux moitiés de l'adaptateur de charge utile se séparent, libérant Webb de la fusée. Le déclencheur envoie un choc mécanique - une série de vibrations à haute fréquence - à travers l'observatoire.

"Le choc mécanique est une secousse rapide pour le système, un peu comme lorsque vous fermez la portière de votre voiture et que la voiture tremble un peu, " a expliqué Keith Parrish, le directeur de l'observatoire pour Webb au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. L'électronique de Webb est conçue pour résister à ce choc, tout comme un ordinateur portable est conçu pour résister aux chocs et aux chutes de la vie quotidienne.

Pour simuler cette séparation sur Terre, Les ingénieurs de Northrop Grumman ont d'abord suspendu l'élément du vaisseau spatial dans les airs avec l'adaptateur de charge utile qui y était attaché. Ils ont ensuite libéré à distance la moitié inférieure de l'adaptateur de charge utile, qui est la moitié qui sera attachée à la fusée lors du lancement. La moitié inférieure est tombée d'environ 8 pouces (environ 20 centimètres) sur une zone de capture rembourrée sur le sol de la salle blanche où le test était effectué.

Les ingénieurs ont surveillé les forces causées par le rejet pour s'assurer qu'elles étaient dans les valeurs attendues, et des caméras vidéo à haute vitesse ont enregistré la séparation pour s'assurer qu'elle était fluide. Pendant le vol et la séparation réels, 12 ressorts éloigneront doucement Webb de l'Ariane 5.

Le son et la vibration du lancement

Après avoir terminé les tests de choc, les ingénieurs ont enveloppé le vaisseau spatial dans une tente en plastique et l'ont déplacé dans la grande installation d'essai acoustique de Northrop Grumman. La tente a protégé le vaisseau spatial de la contamination pendant le déplacement et pendant le test acoustique.

Pendant le test, les ingénieurs ont soumis l'élément du vaisseau spatial à des fréquences sonores allant de 25 Hertz à 2, 500 Hertz, c'est ce que Webb expérimentera lors du lancement. Ces fréquences vont des graves graves (semblables à celui d'une grosse caisse) aux aigus graves (environ le même niveau que la touche E7 sur un piano). Il a également été testé à des niveaux sonores allant jusqu'à 142,5 décibels, environ 3 décibels de plus que ce qui est attendu lors du lancement. La charge utile scientifique de Webb a subi un test acoustique similaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, en 2017.

Les ingénieurs ont monté plusieurs microphones à l'intérieur et à l'extérieur de la tente pour surveiller l'environnement acoustique pendant les tests. Ils ont également monté environ 500 accéléromètres autour de l'élément du vaisseau spatial pour surveiller les réponses vibratoires qu'il a subies. Un accéléromètre mesure les forces ou les contraintes subies par le matériel pendant le test.

Après cette première série d'essais, L'élément du vaisseau spatial de Webb subira des tests de vibration pour s'assurer qu'il survivra à la secousse intense du lancement.

Le télescope spatial James Webb de la NASA sera le prochain grand observatoire mondial des sciences spatiales. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regarder au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles, et sonder les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un projet international mené par la NASA avec ses partenaires, l'ESA (Agence spatiale européenne) et l'Agence spatiale canadienne.

Une partie de la contribution de l'ESA est le lanceur Ariane 5, qui est exploité par Arianespace. Le sous-traitant d'Arianespace, RUAG Space, a fourni l'adaptateur de charge utile de la fusée.