Les futurs télescopes spatiaux sont conçus pour être plus faciles à entretenir, en mettant l’accent sur les défis tels que les emplacements éloignés et le carburant limité. La nouvelle approche comprend des opérations sûres à courte portée et une planification efficace des trajectoires, prolongeant potentiellement la durée de vie des missions existantes telles que James Webb et Gaia.
Les télescopes spatiaux deviennent plus durables grâce à de nouvelles conceptions axées sur la maintenabilité. Les chercheurs se sont inspirés de missions telles que le télescope spatial James Webb et Gaia de l'ESA pour élaborer des plans de maintenance pour les futurs observatoires spatiaux.
"Bien que la prochaine génération de grands télescopes spatiaux soit conçue dans un souci de maintenabilité, des défis importants subsistent lors de leur mise en œuvre", a expliqué Siegfried Eggl, professeur de génie aérospatial à la Grainger School of Engineering de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.
Un défi majeur est la distance. Le télescope moderne est situé au point de Lagrange Soleil-Terre L2, à environ un million de kilomètres de la Terre. Bien que cet endroit se déplace en synchronisation avec la Terre, ce qui le rend un peu plus facile à atteindre, le transport des matériaux prend du temps et coûte cher en raison de la distance. Malgré ces défis, le point lagrangien L2 offre un environnement calme et peu distrayant qui améliore considérablement l'impact de missions comme Gaia, et Egger estime que l'effort en vaut la peine.
"Gaia est comme un cylindre en rotation équipé de panneaux solaires", a déclaré Egger. "Il est encapsulé donc il n'est pas endommagé, mais après une décennie d'errance à l'extérieur, il est à court de carburant. Luttwik-Bomena a conçu un nouveau concept qui ajoute une araignée. "Gaia sera bientôt mis hors service, donc il n'y aura pas assez de temps pour y accéder, mais James Webb a peut-être encore une chance, et comme il sera encore opérationnel pendant quelques années, ils pourraient décider de prolonger sa mission."
Il a expliqué que les miroirs du télescope James Webb sont des miroirs segmentés non protégés, dont certains ont été endommagés lorsqu'ils ont été heurtés par des micrométéorites. Le diamètre total du miroir du JWST est de 6 mètres. Le prochain grand télescope sera deux fois plus grand.
"Nous essayons de garder une longueur d'avance afin de pouvoir remplacer les rétroviseurs cassés, etc. de manière planifiée. Si nous ne le faisons pas, c'est comme acheter une voiture de sport coûteuse et la jeter lorsqu'elle tombe en panne d'essence."
Un autre domaine de travail pour Bomena est le travail rapproché en toute sécurité.
"Les vaisseaux spatiaux envoyés pour réparer ou ravitailler un télescope doivent être freinés à leur arrivée", a déclaré Bomena. "Utiliser des propulseurs pour ralentir, c'est comme pointer un chalumeau sur un télescope. Vous ne voulez pas faire cela sur une structure délicate comme un miroir de télescope. Comment faire cela sans brûler tout le miroir ?"
Robyn Woollands, également professeur de génie aérospatial à l'Université de l'Illinois, a déclaré que l'un de leurs principaux objectifs avec ce travail est de trouver une trajectoire pour y arriver à moindre coût sans avoir recours à de grosses et coûteuses fusées.
"Heureusement, il est possible d'y arriver grâce à certaines autoroutes cachées dans le système solaire. Nous avons une trajectoire optimale pour la taille du vaisseau spatial nécessaire à la réparation du JWST", a-t-elle déclaré.
Alex Pascarella, étudiant au doctorat, a développé une nouvelle technique qui échantillonne rapidement l'espace des solutions, réduisant ainsi le temps de calcul. "La nouveauté est que nous combinons deux approches différentes de la conception de trajectoires : la théorie des systèmes dynamiques et la théorie du contrôle optimal", a-t-il déclaré.
Les approches traditionnelles de conception d’orbite dans les systèmes multi-corps tels que le système Soleil-Terre reposent sur le calcul de la variété invariante de l’orbite : la variété est le chemin dans l’espace qui mène naturellement un vaisseau spatial vers une orbite donnée. Il s’agit d’une excellente approche utilisée avec succès depuis des décennies, tant dans la recherche universitaire que dans les applications pratiques.
"Lorsque vous essayez de rencontrer un vaisseau spatial cible à un endroit spécifique dans l'espace/temps, au lieu d'atteindre une orbite cible, et que vous avez affaire à un vaisseau spatial à faible poussée dont les moteurs fonctionnent pendant une longue période, par opposition à un vaisseau spatial doté d'un propulseur plus puissant dont les moteurs fonctionnent pendant une courte période, cela devient un peu difficile. "Notre technique est basée sur une idée légèrement différente", a déclaré Pascarella : "Nous étudions d'abord l'espace de solution en propageant des échantillons de la solution - soit sans n'importe quelle poussée ou en utilisant une loi de contrôle de poussée très simple - et nous notons ensuite à quel point ils sont proches de notre destination souhaitée.
Il ajoute que parce que le type d'orbite qu'ils tentent d'atteindre crée des variétés, ils savent qu'au moins certaines des suppositions initiales seront proches de l'orbite idéale : « Après avoir cartographié la solution initiale, nous utilisons la théorie du contrôle optimal pour générer des trajectoires optimales de bout en bout. devine."
Le plan visant à réparer/alimenter Gaia est une conception complète qui peut être mise en œuvre, tandis que le télescope James Webb nécessitera davantage d'ingénierie, a déclaré Egger.
Compilé à partir de /ScitechDaily