Le 24 avril 1990, la navette
spatiale Discovery s’envole pour la mission STS-31. A son bord, cinq astronautes :
- Loren Shriver, Commandant (2ème vol)
- Charles Bolden, Pilote (2ème vol)
- Kathryn Sullivan, Mission Specialist (2ème vol)
- Bruce McCandless, Misson Specialist (2ème vol)
- Steven Hawley, Mission Specialist (3ème vol)
L’objectif principal de la mission est la mise en orbite du télescope spatial Hubble (HST = Hubble Space Telescope).
La NASA et la communauté scientifique attendent depuis de longues années la mise en service de ce télescope qui doit révolutionner l’observation et la compréhension spatiales.
Son énorme taille, ainsi que
son grand miroir (2,4 mètres de diamètre) lui permettent d’avoir une résolution
exceptionnelle (on parle d’une résolution angulaire inférieure à 0,1 seconde
d’arc). Mais c’est surtout le fait qu’il soit dans l’espace, en dehors de
l’atmosphère terrestre, qui le rend si précieux. Il s’affranchit de tout ce qui
gêne les plus grands instruments d’observation sur Terre en étant à une
altitude d’environ 600 km. Et le fait de pouvoir observer en lumière visible,
en infrarouge et en ultraviolet ont fait que, depuis 25 ans, les découvertes
apportées par Hubble ont complètement bouleversées la science astronomique,
astrophysique, cosmologique.
Au début des années 1970, le
programme navette spatiale voit le jour. Et le projet d’un télescope spatial géant mis en place par la navette prend vie. Les caractéristiques de ce
télescope vont dépendre des caractéristiques de la soute de la navette
spatiale : Hubble - même s’il n’avait pas encore reçu ce nom au début du
projet – n’aurait pas vu le jour sans la navette spatiale. Dans le projet, il
était convenu dès le départ que la maintenance se ferait avec la navette – ce
qui a été fait à 5 reprises en 1993 et 2009.
On pense à un télescope
spatial depuis le début des années 1920. Hermann
Oberth en parle dans un de ses ouvrages, mais c’est surtout l’astronome
américain Lyman Spitzer, Jr
(1914-1997) qui développe dans un article, en 1946, le concept d’un télescope
spatial. Il argumente en disant qu’un télescope en orbite n’est plus gêné par
les turbulences atmosphériques et qu’il peut observer en infrarouge et en
ultraviolet, ce qui est impossible sur
Terre pour les télescopes.
En 1965, l’Académie des
Sciences américaine charge Spitzer de définir quels seront les objectifs d’un
grand télescope spatial. Mais dès 1962, la NASA a déjà envoyé des petites
plateformes d’observations du soleil (en ultraviolet, rayons X et Gamma pour
les OSO = Orbiting Solar Observatory)
et en 1966, elle envoie son premier télescope spatial : OAO (Orbiting Astronomical Observatory).
Trois autres suivront jusqu’en 1972.
Et c’est les excellents résultats obtenus
par ces OAO qui font pencher la balance en faveur d’un très grand télescope
spatial.
Même si décidé dès 1970, ce
projet a eu beaucoup de mal à naître. La première raison est une raison
financière, comme souvent dans ce genre de projet. Le coût était réellement
astronomique.
La NASA modifie un peu le
projet du télescope, avec une taille moindre du miroir (qui passe de 3 à 2,4
mètres de diamètre). Et elle fait appel à l’ESA (Agence Spatiale Européenne) pour être partenaire. Nous sommes en
1974-1975.
L’ESA, en contrepartie de sa
participation qui consiste à fournir les panneaux solaires, à fournir
l’instrument FOC (voir plus bas) et aussi à donner des fonds, l’ESA a donc le
droit à une utilisation de 15% du temps d’observation.
En 1977, la situation
financière se débloque avec les fonds nécessaires qui sont accordés par le Congrès.
La construction de ce qui est pour le moment le Large Space Telescope
(LST) débute.
Dès le début, le télescope
spatial Hubble est conçu pour être transporté, mis en orbite, et rejoint pour
la maintenance par la navette spatiale, et même redescendu à Terre si besoin. La
navette avait aussi pour rôle de le rehausser en altitude du fait de la perte
de celle-ci causée par le frottement atmosphérique.
La durée de vie annoncée était
de 15 ans avec une visite tous les deux ou trois ans.
Il est aussi entièrement conçu
et pensé pour être réparé et maintenu par les astronautes. L’astronaute Bruce
McCandless a consacré une grande partie de sa carrière à l’étude de cette
maintenance par les équipages de la navette.
Le partage des tâches de
construction et de supervision est réparti entre le Marshall Space Flight
Center et le Goddard Space Flight Center, de la NASA. Lockheed s’occupera de du
corps du télescope tandis que Perkin-Elmer s’occupe de l’optique.
La partie optique va être
extrêmement difficile à réaliser. Le début du polissage de la lentille commence
en 1979. Le miroir primaire doit être poli avec une précision de 10 nanomètres,
chose qui n’avait jamais été faite auparavant. Le polissage ne sera terminé
qu’en 1981. Mais le projet se révèle plus coûteux qu’annoncé (on passe des 475
millions de $ en 1977 à 1,2 milliards en 1983), et les retards, essentiellement
techniques, vont s’accumuler. De plus, il faut aussi prévoir les pièces de
rechanges en avance, même si dans le projet, le cahier des charges prévoyaient
de justement limiter ces rechanges).
Toujours en 1983, le télescope
est officiellement baptisé Hubble en hommage à Edwin P. Hubble, astronome
américain (voir article de Space Relics ci-dessous / cliquez sur le lien en
jaune).
Avec la catastrophe de la
navette Challenger, cela laisse paradoxalement le temps aux équipes de
construction d’Hubble de le terminer. Il est prêt dès 1989. Mais le coût a
explosé : il est maintenant de 2 milliards de $.
(Hubble chez Lockheed peu de temps avant son envoi au Kennedy Space Center) |
Description d’Hubble
Hubble est un télescope
réflecteur à deux miroirs : le primaire de 2,4 mètres de diamètre et d’un
miroir secondaire de 30 cm de diamètre. Architecture de type Cassegrain que
connaissent bien les passionnés d’astronomie – cela lui permet d’avoir une très
grande focale (de 57,6 mètres)
Adapté à la soute de la
navette spatiale, il mesure 13,2 mètres de long, et pèse 11 tonnes. Avec
évidemment un diamètre de 2,4 mètres correspondant à son miroir primaire, qui
lui seul pèse 818 kg (il est fabriqué en nid d’abeilles)
Le miroir primaire est couplé
avec trois caméras (large champ pour objets peu lumineux, en infrarouge et en
champ étroit pour l’observation planétaire) ainsi que divers spectromètres.
Il y a aussi des radiateurs
qui permettent de garder une température constante du miroir primaire.
Hubble possède deux grands
panneaux solaires qui produisent l’électricité suffisante pour le
fonctionnement des instruments à bord (voir plus bas) et systèmes d’orientation
et de stabilisation du télescope. Ces panneaux fournis par l’ESA ont été remplacés
en 1993 (mission STS-61) puis en 2002 (mission STS-109). Les derniers en date
mesurent 7,1 x 2,6 alors que les premiers mesuraient 12,1 x 3,3 – cela est dû à
de nouvelles technologies qui augmentent l’énergie fournie en abaissant la
taille (5 200 watts contre 4 600).
Le rôle du télescope Hubble
étant l’observation avec un pointage très précis d’objets célestes, il lui faut
donc rester fixe par rapport aux objets observés. Le contrôle d’orientation est
donc primordial. Pour ce faire, Hubble utilise trois capteurs de pointage fin
(FGS = Fine Guidance Sensors) pour se
maintenir pointé vers les objets observés et quatre capteurs qui déterminent la
position du soleil. Il y a également deux magnétomètres qui aident à
l’orientation par rapport au champ magnétique terrestre et six gyroscopes (dans
trois systèmes de 2) pour des mouvements de rotations sur trois axes.
Il y a aussi plusieurs
instruments scientifiques, qui ont tous été déjà changés, retirés au moins une
fois, et certains même deux fois – actuellement en service :
Caméra Grand Champ
WFC3 (Wide Field Camera 3).
L’actuelle en place est la
troisième caméra (d’où le 3) et a été installée en 2009 (mission STS-125).
Allant de l’ultraviolet, à l’infrarouge, en passant par la lumière visible, la
WFC3 est dédiée à l’observation des galaxies très lointaines, les planètes du
système solaire et le milieu interstellaire.
Caméra et spectromètre infrarouge NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectometer).
Elle fonctionnait (car en
panne depuis 2013) dans le proche infrarouge et servait à l’observation des
objets très lointain en en déterminant le spectre électromagnétique. Elle avait
été installée en 1997 (mission STS-82).
Caméra ACS (Advanced Camera for Surveys).
Ce groupe de trois caméras (grand
champ, haute résolution et ultraviolet) permet de faire des images à très haute
résolution de régions stellaires où se forment les étoiles et planètes.
Installée en 2002 (mission STS-109), il a été réparé en 2009 (mission STS-125)
suite à une panne en 2007.
Caméra et spectromètre STIS (Space
Telescope Imaging Spectrograph).
Utilisation pour obtenir le
spectres des galaxies grâce à des observations en ultraviolet, en proche
infrarouge et en lumière visible. Installé en 1997 (mission STS-82), l’ensemble
a été réparé en 2009 (mission STS-125).
Spectromètre ultraviolet COS (Cosmic
Origins Spectrograph)
Etude des structures de
l’Univers ainsi que de la composition des nuages de gaz et des atmosphères
planétaires. Installé en 2009 (mission STS-125).
Concernant toutes les
découvertes et photos de Hubble depuis son lancement, je vous renvoie vers le
site officiel de la NASA :
Le dernier chapitre de cet
article concerne les missions de maintenance d’Hubble.
Voir aussi, les missions
Hubble par les patchs (cliquez sur le lien en jaune)
Mission STS-31
Discovery décolle donc le 24
avril 1990 pour la mission STS-31. L’équipage place sur orbite le télescope
Hubble le lendemain. C’est l’astronaute Steven Hawley qui le manipule avec le
bras robotique. McCandless et Sullivan sont prêt à effectuer une EVA en cas de
problème de mise en place des panneaux solaires. Mais tout se passe bien. Le
télescope se dirige normalement vers son point d’orbite.
Le reste de cette mission
STS-31 se passe normalement avec plusieurs expériences effectuées (PCG / IPMP /
APM / RME = voir sur internet les expériences de STS-31). A bord se trouvent
également deux caméras IMAX. Une des caméras était dans la soute et à filmer le
déploiement et mise en orbite d’Hubble.
L’équipage revient sur Terre
le 29 avril après une mission de 5 jours 01 heures et 16 minutes.
(Cartes et photo signées par Steven Hawley qui a largué Hubble) |
(Bruce Mccandless lors de la mission STS-31) |
Tout semble aller bien, mais
rapidement, on va s’apercevoir qu’Hubble a un ENORME PROBLEME … Les premières
images sont FLOUES … c’est incroyable. Le télescope le plus cher du monde a une
mauvaise vision – pire, ses images ne sont pas aussi bonnes que certains
télescopes au sol !
Une commission d’enquête est
créée et la cause est rapidement trouvée : Il y a une aberration sphérique
d’un des deux miroirs, voire des deux – pour résumer, le polissage de la
courbure des miroirs a été fait selon des informations erronées, et il n’y a
donc pas de convergences des rayons réfléchis entre les deux miroirs … une
véritable catastrophe pour la NASA et son image de marque !
On trouve une solution via un
dispositif optique spécial qui présente la même anomalie mais inversée, ce qui
rétablit une vision correcte – c’est le COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Mais son
installation se fera au détriment d’un instrument qui sera enlevé. Pour éviter
que cela ne se reproduisent, les futurs instruments qui seront amenés en
rechange sur Hubble possèderont cette spécificité optique, et le COSTAR
d’origine pourra être enlevé afin de rendre sa place à un instrument (ce qui
sera fait avec la mission STS-109 en 2002).
Entre 1990 et 1993, en plus de
ce problème optique, Hubble connait une série de défaillances importantes comme
la panne de trois gyroscopes, de la mémoire de masse de l’ordinateur, etc …
La première mission de
maintenance est décidée – ce sera STS-61.
Mission STS-61 / 1st
HST servicing mission
C’est un équipage de sept
astronautes très expérimentés qui s’envole à bord de la navette spatiale
Endeavour ce 2 décembre 1993 pour la première mission de maintenance
d’’Hubble :
- Dick Covey, Commandant (4ème vol)
- Ken Bowersox, Pilote (2ème vol)
- Kathryn Thornton, Mission Specialist (3ème
vol)
- Claude Nicollier, Mission Specialist (2ème vol) /
ESA-Suisse
- Jeffrey Hoffman,
Mission Specialist (4ème vol)
- Story Musgrave, Mission Specialist (5ème
vol)
- Tom Akers, Mission Specialist (3ème
vol)
Cette mission avait trois
objectifs principaux qui ont tous été réalisés :
Remplacement des panneaux
solaires
Mise en place du système de
correction optique COSTAR
Installation d’une caméra
grand champ
Les gyroscopes ont été changés
avec succès.
(Un morceau d'un des panneaux solaires ramenés sur Terre en exposition à l'ESTEC aux Pays-Bas) (Crédit : Spacemen1969 / Stéphane Sebile / Space Quotes - Souvenirs d'espace) |
Il a fallu 5 sorties extravéhiculaires
pour faire tout cela :
1ère EVA :
Jeffrey Hoffman et Story Musgrave d’une durée de 07h54 min le 5 décembre -
2ème EVA : Tom
Akers et Kathryn Thornton d’une durée de0 6h36 min le 6 décembre
3ème EVA :
Jeffrey Hoffman et Story Musgrave d’une durée de 06h47 min le 7 décembre
4ème EVA : Tom
Akers et Kathryn Thornton d’une durée de 06h50 le 8décembre
5ème EVA :
Jeffrey hoffman et Story Musgrave d’une durée de 07h21 le 9 décembre
L’équipage revient sur Terre
le 13 décembre après un vol intensif de 10 jours 19 heures et 58 min.
(Le COSTAR après son retour sur Terre par STS-109 et exposé au NASM) |
(Avant et après la correction COSTAR) |
(Litho NASA signée par Stiry Musgrave) |
(Excellent livre suisse sur la mission STS-61) |
Mission STS-82 / 2nd
HST servicing mission
Discovery s’envole le 11
février 1997 avec encore sept astronautes très expérimentés :
- Ken Bowersox, Commandant (4ème vol / il était le pilote
de la première mission de maintenance)
- Scott Horowitz, Pilote (2ème vol)
- Steven Hawley, Mission Specialist (4ème vol / il était présent
lors de la mise sur orbite d’Hubble)
- Joe Tanner, Mission Specialist (2ème
vol)
- Greg Harbaugh, Mission Specialist (4ème
vol)
- Mark Lee, Mission Specialist (4ème
vol)
- Steven Smith, Mission Specialist (2ème
vol)
Cette mission permet de
changer des instruments et d’améliorer Hubble dans ses performances tant
techniques que de durée de vie.
Il faudra 4 sorties
extravéhiculaires pour cela :
1ère EVA :
Steven Smith et Mark Lee d’une durée de 06h42 le 14 février
2ème EVA : Joe
Tanner et Greg Harbaugh d’une durée de 07h27 le 15 février
3ème EVA :
Steven Smith et Mark Lee d’une durée de 07h11 le 16 février
4ème EVA : Joe
Tanner et Greg Harbaugh d’une durée de 06h34 le 17 février
L’équipage revient sur Terre
le 21 février après un vol de 9 jours 23 heures et 37 min.
Après la mission STS-82, la prochaine
maintenance d’Hubble est prévue pour juin 2000, mais la panne de trois des six
gyroscopes en 1999 oblige la NASA à avancer la mission de maintenance. C’est la
mission STS-103. En fait, elle effectuera qu’une partie de la maintenance
prévue pour juin 2000 (la deuxième partie sera effectuée par STS-109 = d’où la
confusion dans le nombre annoncé de missions de maintenance).
Mission STS-103 / 3rd
HST servicing mission (nommée 3A)
Comme toujours, c’est un équipage très
expérimenté qui décolle à bord de Discovery ce 20 décembre 1999 :
- Curtis Brown, Commandant (6ème vol)
- Scott Kelly, Pilote (1er vol)
- Steven Smith, Mission Specialist (3ème vol / présent
lors de la mission STS-82)
- Jean-François Clervoy, Mission Specialist (3ème vol) / ESA-France
- Claude Nicollier, Mission Specialist (4ème vol / présent
lors de la mission STS-61) / ESA-Suisse
- John Grunsfeld, Mission Specialist (3ème
vol)
- Michael Foale, Mission Specialist (5ème
vol)
L’objectif principal est de
changer les six gyroscopes d’Hubble. On profitera de cette maintenance pour
changer l’ordinateur, une nouvelle antenne de réception/transmission, des
senseurs de guidage, etc …
C’est l’astronaute français
Jean-François Clervoy qui est chargé de capturer Hubble avec le bras
manipulateur et de guider ses collègues lors des EVA.
Trois sorties extravéhiculaires
seront nécessaires :
1ère EVA :
Steven Smith et John Grunsfeld d’une durée de 08h15 le 22 décembre
2ème EVA :
Michael Foale et Claude Nicollier d’une durée de 08h10 le 23 décembre
3ème EVA :
Steven Smith et John Grunsfeld d’une durée de 08h08 le 24 décembre
L’équipage revient sur Terre
le 28 décembre après un vol de 7 jours 23 heures et 11 minutes.
Il faut lire absolument le
récit de Jean-François Clervoy sur cette mission dans son livre paru en 2009 :
Histoire(s) d’espace – Mission
vers Hubble
La durée de vie d’Hubble étant
annoncé pour une quinzaine d’année, la dernière mission de maintenance est
prévue pour 2002 avec la mission STS-109. Mais comme nous le verrons plus tard,
ce ne sera pas la dernière.
Mission STS-109 / 4st
HST servicing mission (nommée 3B)
Cette fois-ci, c’est la
navette spatial Columbia qui va s’occuper de la maintenance d’Hubble. Elle
s’envole le 1er mars 2002 avec
sept astronautes à bord :
- Scott Altman, Commandant (3ème vol)
- Duane Carey, Pilote (1er vol)
- John Grunsfeld, Mission Specialist (4ème vol / présent
lors de la mission STS-103)
- Nancy Currie, Mission Specialist (4ème vol)
- James Newman, Mission Specialist (4ème vol)
- Richard Linnehan, Mission Specialist (3ème vol)
- Mike Massimino, Mission Specialist (1er vol)
Les objectifs de cette maintenance
sont ambitieux. Il faut changer, entre
autres choses, les panneaux solaires, une
nouvelle unité d’énergie, un système de gyroscopes, et un nouveau système
d’aération et de température qui permettra de faire refonctionner des
instruments HS depuis 1999 (un spectromètre et une caméra infrarouge).
Il ne faudra pas moins de cinq
sorties extravéhiculaires pour cela :
1ère EVA :
John Grunsfeld et Richard Linnehan d’une durée de 07h01 le 4 mars
2ème EVA :
James Newman et Mike Massimino d’une durée de 07h16 le 5 mars
3ème EVA :
John Grunsfeld et Richard Linnehan d’une durée de 06h48 le 6 mars
4ème EVA :
James Newman et Mike Massimino d’une durée de 07h18 le 7 mars
5ème
EVA : John Grunsfeld et Richard
Linnehan d’une durée de 07h20 le 8 mars
L’équipage revient sur Terre
le 12 mars après un vol de 10 jours 22 heures et 10 minutes. Ce sera le dernier
retour sur Terre de la navette Columbia qui sera détruite lors de sa rentrée
dans l’atmosphère à la mission suivante, STS-107, le 1er février
2003.
Mission STS-125 / 5th
HST servicing mission (nommée 4)
La mission STS-125 est bien la
cinquième mission de maintenance vers Hubble après STS-61, 82, 103 et 109. On
voit beaucoup de logos marqués 4ème mission mais c’est inexact (voir
à STS-103).
Atlantis s’envole le 11 mai
2009 avec sept astronautes à bord :
- Scott Altman, Commandant (4ème vol / déjà le commandant
lors de la mission STS-109)
- Greg C. Johnson, Pilote (1er vol)
- John Grunsfeld, Mission Specialist (5ème vol / déjà
présent lors de STS-103 et 109)
- Mike Massimino, Mission Specialist (2ème vol /
présent lors de STS-109)
- Andrew Feustel, Mission Specialist (1er
vol)
- Megan McArthur, Mission Specialist (1er
vol)
- Michael Good, Mission Specialist (1er
vol)
Ce sera la dernière mission de
maintenance du télescope Hubble. Suite à l’accident de Columbia, il a été
décidé d’accélérer le retrait du service des navettes pour 2011 (la dernière
mission d’une navette est celle de juillet 2011 avec STS-135).
Il avait été envisagé un temps
de ramener Hubble sur Terre mais son successeur (le James Webb) ne sera pas
opérationnel avant la fin de cette décennie, donc on préféra organiser une
dernière mission de maintenance afin de le prolonger au moins jusqu’en
2018. Ce sera cette mission STS-125.
Une mission de secours avait
été mis en place, STS-400, en cas de problème. Suite à l’accident de Columbia,
de nouvelles mesures de précautions avaient été prises, notamment une
inspection extérieure depuis la station spatiale internationale. Mais comme
Atlantis avait une inclinaison particulière avec Hubble, il lui aurait été
impossible de regagner la station en cas de problème, d’où la mission dite de
secours.
Il faudra cinq sorties
extravéhiculaires pour effectuer la dernière maintenance d’Hubble et le
préparer pour tenir encore une dizaine d’années :
1ère EVA :
John Grunsfeld et Andrew Feustel d’une durée de 07h20 le 14 mai
2ème EVA :
Mike Massimino et Michel Good d’une durée de 07h56 le 15 mai
3ème EVA :
John Grunsfeld et Andrew Feustel d’une durée de 06h36 le 16 mai
4ème EVA : Mike
Massimino et Michel Good d’une durée de 08h02 le 17 mai
5ème EVA : John
Grunsfeld et Andrew Feustel d’une durée de 07h02 le 18 mai
Un système d’amarrage a été
installé à l’arrière du télescope afin d’une prise en charge par un engin
automatique pour contrôler sa rentrée atmosphérique prévue d’ici une dizaine d’années.
Et lors de la dernière EVA, un revêtement extérieur (sorte de couverture) a été
mise en place, ce qui change l’aspect connu d’Hubble.
L’équipage revient sur Terre
le 24 mai 2009 après un vol de 12 jours 21 heures et 38 minutes.
Hubble avec cette dernière
mission de maintenance peut donc espérer encore de continuer de fonctionner encore
quelques années – la communauté scientifique s’est mise d’accord pour lui
confier trois grands programmes d’observation :
Cartographie de la Galaxie d’Andromède
pour environ 1/3 des étoiles de celle-ci
Etude des amas de grandes
tailles afin de déterminer la matière noire qu’elles peuvent présenter grâce à
un effet de loupe gravitationnelle
Photographies du ciel profond
et des galaxies, pour en savoir plus sur la formation des trous noirs, la
formation des galaxies…
(Pièce commémorative émise par Palau en 2008 / on y voit une lentille) |
Cet exemplaire a été offert au National Air and Space Museum (NASM) de Washington DC en 1987. Il a d'abord été restauré dans sa configuration d'origine de 1976 et exposé dans le Hall Espace (Space Hall) du NASM à partir de mars 1989.
En 1996, il est de nouveau restauré mais cette fois dans la configuration de mise en place par la navette spatiale. Le public peut l'admirer dans cette configuration depuis 1997.
(crédit : Stéphane Sebile / spacemen1969 / Space Quotes - Souvenirs d'espace)
Les Piliers de la Création (version 2014) considérée comme une des plus belles photos si ce n'est la plus belle photo prise par Hubble.
Crédit : Collection Stéphane Sebile / Spacemen1969
Space Quotes - Souvenirs d'espace
NASA / ESA
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