Ariane 5 sur son pas de tir le 23 décembre 2021. © Nasa, Bill Ingalls
Sciences

L'ESA reçoit le « premier appel » du télescope spatial Webb

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[EN VIDÉO] Lancement et déploiement du télescope spatial James Webb  Voici comment va se dérouler le lancement du télescope spatial Webb et son déploiement les heures et jours suivant durant son voyage jusqu'au point de Lagrange L2, à 1,5 million de km de la Terre. 

Le télescope le plus puissant jamais lancé dans l'espace prendra demain, 25 décembre, son envol et l'ESA sera là pour capter ses premiers signaux.

Le projet du télescope spatial James Webb a été lancé il y a près de 30 ans dans le cadre d'activités de collaboration entre l'ESA, la Nasa et l'Agence spatiale canadienne pour éclairer nos origines cosmiques.

Webb doit être placé en orbite à l’aide d’un lanceur Ariane 5 depuis le Centre spatial européen en Guyane française, le 25 décembre. Il voyagera sur une trajectoire de libération directe vers son orbite cible à plus de 1,5 million de kilomètres de la Terre (point Lagrange L2). Pour réaliser la très importante « première acquisition du signal », une antenne de 10 mètres située à Malindi, Kenya, faisant partie du réseau coopératif Estrack de l'ESA, établira le premier contact depuis le sol avec la mission naissante de Webb.

Chronologie du lancement du télescope spatial Webb. © ESA

Un signal vaut qui vaut 1.000 mots

Le premier « message » de Webb apparaîtra sous la forme d'un pic d'ondes radio sur un moniteur de la station au sol de Malindi. Ce seront les premiers « mots » de Webb. De tels signaux sont notre seul moyen d'émettre des commandes et de recevoir des données.

Dès que le signal initial sera capturé, un flux d'informations sera mis à disposition des opérateurs indiquant l'état de fonctionnement de l'engin spatial après avoir affronté les rigueurs du lancement et ouvrant une passerelle à l'équipe de l'ESA au centre des opérations de l'agence en Allemagne et à l'équipe de l'Agence spatiale italienne (ASI) à Malindi pour relayer ensuite des commandes et des informations vitales sur la mission au contrôle de mission Webb de la Nasa.

La station de Malindi au Kenya. © ESA - CC BY-SA IGO 3.l0

Le réseau mondial de stations au sol « eyes on the sky » de l'ESA, connu sous le nom d'Estrack, est dans une position privilégiée pour sécuriser cette connexion vitale. L'antenne de Malindi, d'une largeur de 10 mètres et relativement agile en ce qui concerne son pointage, est utilisée par l'ESA en collaboration avec l'ASI pendant le lancement et les premières phases opérationnelles d'une mission, lorsqu'une fusée ou un satellite se déplace assez rapidement au-dessus de nous, mais encore près de la Terre.

Le positionnement de la station au niveau de l'équateur correspond à la position du Centre spatial européen à Kourou, en Guyane française. Le lancement à partir de cet endroit offre aux fusées un coup de pouce supplémentaire grâce à la vitesse de rotation de la Terre.

Le système à satellites de poursuite et de retransmission de données propre de la Nasa (TDRSS pour Tracking and Data Relay Satellite System) peut exclusivement vérifier les missions nouvellement lancées, mais seules les stations au sol comme celles d'Estrack de l'ESA et du Deep Space Network de la Nasa peuvent fournir les informations vitales aux ingénieurs en navigation de Webb, les informations qui seront nécessaires le jour du lancement, à savoir les « données de suivi » telles que les mesures de l'angle, de la distance et de la vitesse.

À quelle vitesse un vaisseau spatial se déplace-t-il le long de la « ligne de visée », c’est-à-dire, lorsqu’il s’éloigne ou se dirige vers la Terre ? Les stations au sol déterminent cette information au moyen de l’effet Doppler. © ESA

Du lancement au L2

Environ 23 minutes après le décollage, Malindi localisera le lanceur Ariane 5 en vol, s'élevant au-dessus de l'horizon ouest, abritant toujours le JWST sous sa précieuse coiffe. Seulement 5 minutes plus tard, Webb se séparera de la fusée et commencera sa vie en « solo » dans l'espace.

Contrairement à la plupart des missions, Webb commencera à émettre son signal dès que la coiffe de la fusée sera larguée, juste avant la séparation du vaisseau spatial. Cela signifie que l'équipe Estrack de l'ESA peut s'attendre à recevoir des signaux de Webb juste avant qu'il ne devienne indépendant.

« Nous pouvons perdre momentanément le signal quelques minutes après la séparation de Webb d'Ariane 5, et à ce moment-là, nous passerons du suivi du lanceur au suivi de l'engin spatial, explique Daniel Firre, responsable des opérations au sol de l'ESA. L'antenne parabolique à Malindi dispose de deux têtes, ou « cerveaux », et à tout moment, l'une ou l'autre commande l'antenne tout en recevant des ordres de l'opérateur de lancement, Arianespace, ou des ordinateurs de suivi de Webb. Pour basculer, nous arrêterons l'antenne pendant quelques secondes et ferons littéralement basculer le câble d'un système de suivi à l'autre, interrompant son mouvement pendant environ 20 secondes ».

À partir du moment de la séparation, Malindi aura trois phases de visibilité avec la mission. Au début, la station de l'ESA sera en « appel privé » avec Webb pendant la première heure après la séparation, après quoi l'antenne spatiale profonde, Deep Space Network, de la Nasa à Canberra (Australie) rejoindra l'appel et Malindi passera en mode redondance. Lorsque le vaisseau spatial ne sera plus visible depuis Canberra, Malindi reprendra les rênes une fois de plus avant que la station de la Nasa à Madrid ne se joigne à l'appel.

L’ESA captera le premier message de James Webb envoyé vers la Terre. © ESA

Garder un œil sur Ariane

Même après l'envol de Webb, la station Malindi suivra l'étage supérieur de la fusée Ariane lors de sa « manœuvre de libération », environ une heure après le décollage. L'antenne ne suivra pas activement la fusée, elle suivra entièrement Webb, mais les deux objets resteront relativement proches l'un de l'autre dans le ciel.

Avec Webb derrière l'étage supérieur, Ariane restera bien dans la « largeur de faisceau » de Malindi jusqu'à la fin de sa mission, culminant avec la « passivation complète du réservoir de l'étage supérieur » conformément aux directives mondiales sur la réduction des débris spatiaux.

Du lancement à la séparation, de la réception du signal aux premières données scientifiques diffusées de cette mission incroyablement excitante, l'ESA sera là pour soutenir et aider à découvrir les origines mystérieuses du cosmos.

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