Le lancement du télescope spatial James Webb est prévu au courant de l’année 2018. Pour le moment, la NASA teste les instruments embarqués, notamment leur système de refroidissement.
Malgré toutes les découvertes faites par le télescope spatial Hubble, celui-ci commence à devenir vieillissant. C’est parfaitement normal vu qu’il a célébré ses 25 ans de mission dans l’espace en 2015. Pour lui succéder, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena est en train de préparer le James Webb. Grâce à ses capacités qui seront 100 fois supérieures à Hubble, les scientifiques espèrent faire de nouvelles découvertes aux confins de l’Univers. Mais pour le moment, il a commencé ses phases de test.
Alors qu’il va devoir capter la lumière infinitésimale des premières étoiles de l’Univers nées il y a des milliards d’années, il faut que les instruments du James Webb soient maintenus à très basse température. Les températures que devront assurer les refroidisseurs sont nettement plus basses que celles que l’on retrouve dans les réfrigérateurs ou congélateurs domestiques, des températures extrêmement basses indispensables pour pouvoir espérer capter les très faibles lumières de l’espace.
Cela concerne notamment le Mid InfraRed Instrument (MIRI), un instrument qui associe une caméra et un spectromètre pour des mesures dans l’infrarouge moyen (5 à 28 µm). Conçu par l’entreprise Northrop Grumman, le refroidisseur de l’instrument est prévu pour régler une température de pas plus de 6,7 degrés au-dessus du zéro absolu, soit -448 °F.
Livré le 26 mai, l’ensemble de compresseurs cryoréfrigérateur a passé une phase de test avant d’être installé avec le corps du télescope James Webb. C’est dans les locaux d’Aerospace Systems, à Redondo Beach (Californie), que les tests ont eu lieu. Cette opération s’est faite sans l’instrument MIRI qui est actuellement au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (Maryland).
L’instrument MIRI est un projet commun entre l’Europe et les États-Unis. Il est l’instrument du télescope qui sera le plus refroidi. Le froid en nécessaire pour éviter que les infrarouges moyens émis par l’instrument lui-même viennent perturber les mesures. Il faut en effet savoir que les gens, mais aussi les locaux et les objets émettent une lumière infrarouge moyen que nous ne pouvons pas voir avec nos yeux. Les instruments spécialisés tels que MIRI sont conçus pour collecter ces infrarouges en étant fortement réfrigérés pour éviter la lumière infrarouge parasite qui pourrait cacher ce que les astronomes cherchent à voir.
Les trois autres instruments embarqués sur le James Webb, la NIRCam (Near-InfraRed Camera), le NIRSpec (Near-InfraRed Sprectrometer) et le FGS (Fine Guidance System) s’accommoderont d’un refroidissement passif, à savoir un simple pare-soleil qui va leur procurer de l’ombre pour qu’ils soient à une température environ 40 degrés au-dessus du zéro absolu, soit environ -388 °F.
« L’instrument doit être assez froid pour ne pas se détecter », a expliqué Michael Ressler, scientifique pour la partie américaine de l’instrument MIRI, en précisant que l’instrument dégage sa propre chaleur. De plus, la puce qui convertira la lumière en signaux électriques, le capteur, devra être réfrigérée à une température inférieure à 7 degrés au-dessus du zéro absolu.
Le télescope spatial Spitzer et le Survey Telescope (WISE) utilisent également des refroidisseurs. Ils sont de type bouteille thermos, ce qui signifie qu’il utilise un liquide de refroidissement tel que l’hélium liquide et l’hydrogène solide. L’inconvénient de cette technologie est qu’elle est lourde et encombrante. La conception initiale du MIRI prévoyait un design similaire. Par la suite, le système de refroidissement a été remplacé par une solution active appelée cryoréfrigérateur. Il s’agit d’un dispositif qui ne nécessite pas d’un liquide de refroidissement. La technique consiste à comprimer un gaz puis à le laisser s’étendre, exactement de la même façon que dans les réfrigérateurs et les climatiseurs. Le processus d’expansion absorbe la chaleur alors que le gaz détendu est pompé pour que sa chaleur soit évacuée plus loin par un radiateur. Le gaz est ensuite recyclé et recomprimé. Le système prévu pour le télescope James Webb est bien évidemment plus compliqué que cela, mais utilise le même principe.
Les tests du refroidisseur du MIRI se sont déroulés en plusieurs phases. La génération du froid a été testée, mais aussi les vibrations générées par le système. Les ingénieurs ont également testé la résistance du dispositif à des vibrations équivalentes à celles d’un lancement, puis un autre essai de refroidissement pour s’assurer que la simulation du lancement n’a rien perturbé. Le résultat final est que le système est deux fois plus efficace que nécessaire.
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