Le télescope spatial James Webb est prêt à être lancé: voici tout ce que vous devez savoir

Après de nombreuses années de recherche et de développement, la NASA a annoncé que le télescope spatial James Webb (JWST) faisait officiellement son chemin dans l'espace. La date de lancement est le 18 décembre 2021. Ce télescope est capable de fonctionner à des longueurs d'onde infrarouges beaucoup plus longues que le télescope spatial Hubble, permettant au JWST de remonter plus loin dans le temps et de recueillir des images des premières années de l'univers qui seraient impossibles à partir de télescopes au sol en raison de l'atmosphère.

Le logiciel d'ingénierie optique FRED a été utilisé pendant le développement du JWST pour évaluer ses performances par rapport aux spécifications strictes de lumière parasite qui étaient nécessaires.

Parcours de développement

Connu à l'origine sous le nom de télescope spatial de nouvelle génération (NGST), le développement du JWST a commencé en 1996 et était destiné à remplacer le télescope Hubble qui avait été lancé dans l'espace six ans plus tôt. La date de lancement initiale était prévue pour 2007, mais en raison d'une refonte nécessaire des plans de test pour atténuer les dépassements de coûts, la date de lancement a été reportée.

En 2013, les scientifiques sont entrés dans le processus de construction du JWST dans le Maryland, et en 2017, la construction a été achevée et a été transportée au Texas pour des tests cryogéniques. En 2018, le télescope a été expédié à Space Park en Californie où il a subi trois années supplémentaires de tests pour s'assurer qu'il peut survivre au climat et aux turbulences de l'espace.

Le télescope devait initialement être lancé dans l'espace en octobre 2018, mais il a été reporté à juin 2019 lorsque le télescope n'a pas été jugé prêt. Il a ensuite reçu quelques retards supplémentaires et a été reporté trois fois de plus, annonçant son lancement pour mai 2020, mars 2021 et enfin décembre 2021.

Le 26 septembre 2021, le télescope a été expédié de Californie vers le site de lancement en Guyane française par bateau. Il a été transporté sur le MN Colibri qui a déjà été utilisé pour transporter des gadgets spatiaux tels que des satellites. Le voyage consistait en un voyage de 16 jours avec un total de 2 400 kilomètres parcourus. Il a atteint sa destination Guyane française le 12 octobre 2021. Actuellement, le télescope prépare son lancement dans deux mois.

Capacités JWST

Le JWST fournira une compréhension plus approfondie de l'univers grâce à ses capacités scientifiques avancées. Les scientifiques auront désormais plus de perspicacité dans les mystères de l'univers qui étaient auparavant irréalisables. Selon la NASA, “Webb révélera des informations sur toutes les phases de l'histoire cosmique – juste après le big bang – et aidera à rechercher des signes d'habitabilité potentielle parmi les milliers d'exoplanètes que les scientifiques ont découvertes ces dernières années.” Ces découvertes peuvent fournir des percées scientifiques sur les origines de l'univers, y compris les premières formations d'étoiles et de galaxies, et aider à la recherche de planètes semblables à la Terre.

Le JWST observera l'espace principalement dans la longueur d'onde infrarouge, permettant des images plus détaillées de l'espace lointain. Selon la NASA, “les objets plus éloignés sont plus fortement décalés vers le rouge et leur lumière est poussée des UV et de l'optique vers le proche infrarouge”. Le télescope Hubble n'est capable d'observer qu'une petite partie du spectre infrarouge, manquant des objets distants.

SÉtant donné que le JWST a la capacité de voir plus loin, il augmentera la quantité d'univers observable. Comme il faut du temps pour que la lumière atteigne la Terre, cela signifie que le télescope observera certains des premiers objets célestes de l'univers. La technologie du JWST sera capable de revenir peu après le big bang à ce que l'on appelle les “bébés galaxies” fournissant des informations pertinentes remontant à 700 millions d'années plus loin que le télescope Hubble.

Positionnement

Le JWST suivra une orbite halo autour du deuxième point de Lagrange, à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre. Ceci est mieux décrit comme une interaction entre l'attraction gravitationnelle de deux grands corps (le Soleil et la Terre). L'orbite de 6 mois maintient le télescope hors de l'ombre de la Terre et de la Lune. Cela permet une vue claire de l'espace lointain qui fournira des observations 24h/24 et 7j/7 aux astronomes. Cela permet également aux pare-soleil du JWST de toujours faire face au Soleil, garantissant ainsi une température constante inférieure à 50 Kelvin, ce qui est nécessaire pour les observations infrarouges.

Courtoisie Vidéo: JWST

Une fois le JWST lancé, il faudra environ un mois pour atteindre le deuxième point de Lagrange. Lorsque le télescope a atteint le point d'orbite souhaité, il sera contrôlé par une liaison radio. Le télescope étant situé très loin, il faudra six secondes pour que les commandes parviennent au télescope et six secondes pour que la commande soit renvoyée sur Terre.

Essai

L'étendue des tests effectués par le JWST comprend la simulation des conditions de lancement de la fusée pour s'assurer que le télescope peut survivre au voyage, la simulation des conditions difficiles de l'espace et le déploiement en douceur des boucliers solaires. Les scientifiques ont également effectué de nombreux tests sur des simulateurs pour détecter tout incident potentiel dans l'espace qui pourrait se produire. Ils continuent à s'entraîner sur ces simulateurs jusqu'au lancement du télescope, ils sont donc prêts à tout.

Installer

Même une fois que le télescope est arrivé à destination, il y a une période d'attente de 35 jours pendant laquelle le télescope doit se refroidir avant de pouvoir commencer à se déployer. Une fois qu'il commence à se déployer, le télescope prendra des photos de son positionnement et les renverra sur Terre afin que des ajustements puissent être effectués car le positionnement doit être précis pour la fonctionnalité.

Le processus pour se rendre au deuxième point de Lagrange, se dérouler, déployer les panneaux solaires et se positionner correctement prendra au total six mois avant d'être pleinement opérationnel.

Pendant le lancement et le positionnement du télescope, beaucoup de choses peuvent mal se passer. L'utilisation de logiciels d'ingénierie optique tels que FRED peut aider à réduire les problèmes pour garantir que le télescope sera pleinement opérationnel pendant la période souhaitée.

En recréant le JWST dans FRED, il offre la possibilité de tester les performances de chacun des composants optiques pour simuler l'imagerie avancée sans avoir à dépenser des milliards de dollars.

Construire le télescope spatial James Webb à FRED

Conception Optique

JWST est un anastigmat à trois miroirs (TMA), permettant de corriger l'aberration sphérique, l'astigmatisme et le coma. Le TMA se compose d'un miroir primaire concave presque parabolique, d'un miroir secondaire hyperbolique convexe et d'un miroir tertiaire elliptique concave.

Image de courtoisie: JWST

La lumière réfléchie par le miroir tertiaire est alors incidente sur un miroir plat de direction fin qui est utilisé pour diriger la lumière vers les différents instruments.

Pour assurer la meilleure efficacité de réflexion dans le spectre infrarouge, chaque miroir est doté d'un revêtement en or qui donne une réflectivité élevée de 0,6 à 28 microns.

Image de courtoisie: EO Portal

Assemblage du miroir primaire

Le miroir primaire de JWST est composé de 18 miroirs hexagonaux avec une distance de sommet à sommet de 1,5 mètre, ce qui donne un rayon total de 6,5 mètres.

Image de courtoisie: JWST

Chaque miroir est étiqueté A, B ou C pour indiquer la prescription optique différente de placement. Pour assembler cela dans FRED, une courbe hexagonale a été dessinée et a été définie pour couper une surface qui correspondait à la courbure du JWST ( Rayon de courbure = 15879.7:Conic Constant = -0.9967).

AEnsuite, un script intégré a été utilisé pour générer les courbes hexagonales et remplir 18 segments pour construire le miroir principal.

La fonction Digitizer de FRED a ensuite été utilisée pour créer un revêtement d'or précis qui a été appliqué à la surface du miroir primaire. Les miroirs de direction secondaire, tertiaire et fin ont été placés par rapport au miroir primaire, et un biais de champ de 0,18 degrés a été appliqué à l'ensemble du JWST. Le rendu d'une onde plane montre le chemin parcouru par la lumière à travers le télescope dans la vue 3D.

Construire Le Cadre

Le “Frame” qui abrite les composants optiques peut être entièrement réalisé à l'aide d'objets FRED natifs en tirant parti de la fonction d'objet booléen et des courbes définies par l'utilisateur.

La pièce maîtresse qui abrite le miroir de direction fin a été construite à l'aide de 3 objets solides. Une pyramide à côtés N a été découpée par un élément de bloc afin de former la forme extérieure. Ensuite, un autre bloc a été utilisé pour créer l'ouverture qui permet aux rayons souhaités de passer.

En tirant pleinement parti des courbures définies par l'utilisateur ainsi que de la vaste bibliothèque de formes élémentaires primitives de FRED, il est possible de construire un modèle fonctionnel du télescope spatial James Webb.

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