Et si nous pouvions travailler sur d'autres télescopes « en orbite » ? De telles missions de « réparation » vers d'autres installations font l'objet d'un nouveau rapport de la NASA qui étudie les orbites et les trajectoires optimales pour effectuer des interventions de maintenance sur des télescopes situés bien au-delà de la Terre.
Certains des télescopes orbitaux les plus productifs sont situés aux points de Lagrange Soleil-Terre L1 et L2. Actuellement, ces positions nous permettent d'effectuer des recherches scientifiques incroyables. Ce qu'ils ne peuvent pas se permettre, c'est un accès facile pour les réparations et l'entretien. Cela limite la durée de vie prévue d'installations telles que le JWST à environ 10 à 15 ans.
À l'avenir, d'autres missions seront déployées aux points de Lagrange, notamment le télescope romain Nancy Grace, les missions PLATO et ARIEL de l'ESA et le Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR).
Ces observatoires ont besoin de propulseurs pour les propulseurs d'attitude afin de les aider à rester « en place » pendant leurs observations. La quantité de « gaz » que l'on peut envoyer avec ces observatoires est limitée. De plus, les composants s'usent, comme c'est le cas avec le HST.
Les gens cherchent donc des moyens de prolonger leur durée de vie en effectuant des missions de maintenance. Si les composants défaillants peuvent être remplacés et que du carburant peut être fourni, la durée de vie de ces observatoires devrait être considérablement prolongée, ce qui permettrait aux astronomes d'obtenir un meilleur retour sur investissement.
Planification des futures missions de maintenance des engins spatiaux
Des chercheurs du Satellite Servicing Capability Office (SSCO) du Goddard Space Flight Center (GSFC) ont étudié les possibilités de missions de ravitaillement en orbite pour les télescopes spatiaux lointains. Dans un article récemment publié dans Acta Astronautica , ils se concentrent sur la faisabilité de missions de ravitaillement en orbite pour les télescopes spatiaux en orbite autour de la sonde Soleil-Terre Lagrange 2 (SEL2).
Les défis sont nombreux. D'une part, les technologies de lancement actuelles ne sont pas (au moment où nous écrivons ces lignes) adaptées pour mener à bien ce type de mission à de telles distances. Il est clair que la technologie doit progresser pour que les visites d'entretien puissent avoir lieu. En outre, il est important de se rappeler que les télescopes actuels, tels que Gaia et JWST, n'ont pas été conçus pour un tel accès.
Toutefois, les futurs télescopes pourront être équipés de ports d'entretien, etc., pour permettre l'entretien. Enfin, il reste à acheminer les missions d'entretien vers les observatoires.
L'équipe Goddard s'est concentrée sur cette dernière question en calculant des modèles de diverses solutions de lancement et d'orbite pour de telles missions. Ils ont non seulement pris en compte les trajectoires de lancement elles-mêmes, mais aussi la dynamique Soleil-Terre-point de Lagrange, ainsi que les positions relatives des observatoires du SEL2.
L'équipe a également tenu compte de la stabilité des observatoires pendant et après le rendez-vous et l'attachement. Tous ces facteurs comptent pour déterminer si un véhicule de maintenance peut être lancé à un coût raisonnable afin de prolonger suffisamment la durée de vie de l'observatoire pour que l'effort en vaille la peine.
Lancement d'une mission de ravitaillement d'un vaisseau spatial
L'équipe a créé des modèles pour une mission théorique de ravitaillement en orbite à SEL2. C'est là que se trouvent par exemple JWST et Gaia, ainsi que WMAP, Planck et d'autres. L'article examine les missions de ravitaillement robotisées vers SEL2 à des fins de modélisation.
Pour cela, il faut cependant que le robot spatial suive une trajectoire optimale vers SEL2. Il doit être capable de naviguer de manière autonome jusqu'au bon point dans l'espace. Une fois arrivé à l'observatoire cible, le robot ravitailleur devra alors effectuer une approche prudente pour ses manœuvres d'amarrage.
Cela nécessite une évaluation en orbite du mouvement de la cible dans l'espace par rapport au Soleil ainsi que de sa position sur son orbite SEL2. L'amarrage lui-même peut affecter la position et le mouvement de l'observatoire et le robot doit également en tenir compte. L'idée est de maintenir l'observatoire dans la même position après l'amarrage.
Cependant, la grande question est : comment pouvons-nous le diffuser à moindre coût, rapidement et en toute sécurité ?
L'équipe Goddard a principalement étudié les trajectoires les plus efficaces pour atteindre SEL2. Elle a notamment étudié les meilleures approches pour atteindre le vaisseau spatial Gaia, qui sera à court de carburant au cours de l'année prochaine. Elle a également étudié le JWST comme cible possible pour une telle mission. Si une telle mission était possible aujourd'hui, ces observatoires gagneraient des années d'accès à l'univers.
Comment s'y rendre
Dans leur article, les chercheurs ont étudié deux approches possibles pour la mission de ravitaillement de SEL2. L'une consiste à lancer le télescope directement depuis la Terre, l'autre à le faire décoller d'une orbite de transfert géostationnaire (GTO). Ils ont supposé que l'objectif de la mission était de rétablir le plus rapidement possible le fonctionnement du télescope. Cela dicte la trajectoire la plus courte et la plus sûre possible le long de laquelle le vaisseau spatial peut maintenir une poussée constante.
L'équipe Goddard a créé une approche de « conception avancée » pour calculer les transferts à faible énergie et à faible poussée depuis une orbite de départ terrestre vers un télescope spatial en orbite autour du point SEL2. Ils ont ensuite fait la même chose pour un vaisseau spatial de service partant d'un point dans l'espace géostationnaire.
En principe, un départ depuis la Terre ou un départ centré sur GTO fonctionnera. Une fois que la mission de service robotique quitte l'orbite terrestre, elle se déplace à faible poussée lors d'un transit en spirale vers SEL2. Une fois sur place, elle effectue un rendez-vous avec la cible, adapte son mouvement dans l'espace, puis se « verrouille » pour effectuer sa mission de livraison.
Il est important de se rappeler qu'un lancement depuis la Terre ou depuis un GTO fait partie de plusieurs solutions possibles pour les missions de maintenance de SEL2. L'analyse de l'équipe a abouti à un processus simplifié de génération d'orbites et de trajectoires possibles pour de telles activités.
Plus d'informations : Alex Pascarella et al., Mission design for space telescope servicing at Sun–Earth L2, Acta Astronautica (2024). DOI : 10.1016/j.actaastro.2024.08.031
Par Carolyn Collins Petersen, Universe Today
Fourni par Universe Today