Des ingénieurs de la NASA ont conçu un kit de réparation pour le télescope NICER de la station spatiale

La NASA s'apprête à réparer le télescope NICER de l'ISS avec un kit de réparation spécialement conçu lors d'une sortie dans l'espace.

Le télescope, essentiel pour l'étude des étoiles à neutrons et des phénomènes à rayons X, a été endommagé en mai 2023, ce qui a nécessité la conception et le test rapides d'une solution. La mission à venir fera de NICER le premier télescope à rayons X entretenu par des astronautes, améliorant ainsi sa capacité à mener des recherches scientifiques révolutionnaires.

L'astronaute des Émirats arabes unis Sultan Alneyadi a capturé cette vue de NICER depuis une fenêtre du mini-module de recherche Poisk 2 de la station spatiale en juillet 2023. Des photos comme celle-ci ont aidé l'équipe de mission à cartographier les dommages causés aux boucliers thermiques au-dessus des concentrateurs de rayons X de NICER. Crédit : NASA/Sultan Alneyadi

Réparation du télescope NICER

NASA livrera un kit de patch pour NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), un télescope à rayons X sur le Station spatiale internationalelors de la 21e mission commerciale de ravitaillement Northrop Grumman de l'agence. Les astronautes effectueront une sortie dans l'espace pour terminer la réparation.

Situé près du panneau solaire tribord de la station spatiale, NICER a été endommagé en mai 2023. L'équipe de la mission a livré le kit de réparation au Johnson Space Center de la NASA à Houston en mai 2024 afin qu'il puisse être préparé et emballé pour la prochaine mission de ravitaillement.

Certains des boucliers thermiques endommagés du NICER (entourés) sont visibles sur cette photo. Crédit : NASA/Sultan Alneyadi

Réponse rapide et innovation

« C'est incroyable qu'en seulement un an, nous ayons pu diagnostiquer le problème, puis concevoir, construire, tester et proposer une solution », a déclaré Steve Kenyon, responsable mécanique du NICER au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. « Nous sommes très impatients de voir les correctifs installés lors d'une future sortie dans l'espace, de revenir à un programme d'exploitation plus régulier et de continuer à faire de la science révolutionnaire. »

Depuis son perchoir sur la station, le NICER, de la taille d'une machine à laver, étudie le ciel aux rayons X. Il a mesuré avec précision les restes stellaires superdenses appelés étoiles à neutrons, qui contiennent la matière la plus dense que les scientifiques puissent observer directement. Il a également étudié de mystérieux sursauts radio rapides, observé des comètes dans notre système solaire et collecté des données sur la haute atmosphère terrestre.

Mais en mai 2023, NICER a développé une « fuite de lumière », où la lumière solaire indésirable a commencé à pénétrer dans le télescope.

Les patchs de NICER sont fabriqués en aluminium anodisé ou recouvert de noir. Chacun mesure environ 5 cm de haut. « LCK » indique la position de verrouillage d'une languette en bas qui maintiendra le patch en place. La NASA envoie 12 de ces patchs à la Station spatiale internationale. Au cours d'une sortie dans l'espace, les astronautes en inséreront cinq dans les pare-soleil du télescope pour couvrir les zones de dégâts les plus importantes. Crédit : NASA/Sophia Roberts

Des photos prises à bord de la station ont révélé plusieurs zones endommagées sur les boucliers thermiques de NICER. Ces boucliers sont 500 fois plus fins qu'un cheveu humain et filtrent les infrarouges, les ultraviolets et la lumière visible tout en laissant passer les rayons X. Ils recouvrent chacun des 56 concentrateurs de rayons X de NICER, des ensembles de 24 miroirs circulaires imbriqués conçus pour faire passer les rayons X dans les détecteurs correspondants. Un pare-soleil surmonte chaque concentrateur et chaque ensemble de boucliers, avec un léger espace entre les deux. Les pare-soleil sont segmentés par six entretoises internes, ressemblant à une tarte tranchée.

Les dégâts les plus importants sur les boucliers sont de la taille d'un timbre-poste américain typique. Les autres zones sont plus proches de la taille d'une tête d'épingle. Pendant la journée, les dégâts permettent à la lumière du soleil d'atteindre les détecteurs, saturant les capteurs et interférant avec les mesures de NICER. L'équipe de la mission a modifié sa stratégie d'observation de jour pour atténuer cet effet. Les dégâts n'ont pas d'impact sur les observations de nuit.

Les patchs de NICER seront insérés dans ses pare-soleil, comme illustré ici. La petite languette qui verrouille le patch en place est visible en dessous. Les pare-soleil en composite de carbone recouvrent chacun des 56 concentrateurs de rayons X de NICER. Chaque pare-soleil est soutenu par trois pieds de montage en fibre de verre de couleur or. Crédit : NASA/Sophia Roberts

Défis techniques et solutions

« Le télescope NICER n’a pas été conçu pour être entretenu ou réparé », a déclaré Keith Gendreau, responsable de la mission à Goddard. « Il a été installé par robot et nous le contrôlons à distance. Lorsque nous avons décidé d’étudier la possibilité de réparer les zones les plus endommagées des boucliers thermiques, nous avons dû trouver une méthode qui utiliserait les pièces existantes du télescope et les kits d’outils de la station. Nous n’aurions pas pu le faire sans tout le soutien et la collaboration de nos collègues de Johnson et de l’ensemble du programme de la station spatiale. »

La solution, finalement, était simple. L'équipe a conçu des patchs, chacun en forme de part de tarte, qui se glissent dans les pare-soleil. Une languette située au bas de chaque patch se transforme en espace entre le bas du pare-soleil et le haut de la protection thermique, le maintenant en place.

Les boucliers thermiques de NICER, le film argenté présenté ici, recouvrent chacun des 56 concentrateurs de rayons X de la mission. Ils bloquent les rayons ultraviolets, infrarouges et visibles tout en permettant aux rayons X de passer à travers les miroirs situés en dessous. Chaque bouclier ne mesure qu'environ 160 nanomètres d'épaisseur, soit 500 fois plus fin qu'un cheveu humain. Le bouclier fragile est soutenu par un cadre en acier inoxydable composé d'un motif de carrés de 3 millimètres (1/8 pouce) dans chacun des coins. Crédit : NASA/Sophia Roberts

Sortie dans l'espace à venir et attentes futures

Les astronautes installeront cinq patchs lors de la sortie dans l'espace. Ils couvriront les zones les plus endommagées et bloqueront la lumière du soleil qui affecte les mesures de rayons X du NICER.

Le kit de réparation contient 12 rustines au total, ce qui permet d'avoir des pièces de rechange si nécessaire. Les astronautes transporteront les rustines dans un caddy, un cadre rectangulaire contenant deux pare-soleil de rechange avec les rustines maintenues à l'intérieur.

Le NICER est composé de 56 éléments de focalisation des rayons X, appelés concentrateurs, qui contiennent chacun 24 miroirs imbriqués. Chaque concentrateur délivre des rayons X à son propre détecteur. Le concentrateur présenté ici est incliné sur le côté, de sorte que la caméra regarde dans les miroirs imbriqués. Les rayons X sont une lumière à haute énergie, qui peut donc traverser les atomes des miroirs des télescopes comme ceux des télescopes spatiaux Hubble et James Webb de la NASA. Au lieu de cela, les observatoires à rayons X utilisent des miroirs à incidence rasante, dont les surfaces sont tournées sur le côté. Les rayons X sautent sur leurs surfaces et pénètrent dans les détecteurs. Crédit : NASA/Sophia Roberts

« NICER sera le premier télescope à rayons X en orbite à être entretenu par des astronautes et seulement le quatrième observatoire scientifique à être réparé au total, rejoignant ainsi les rangs de missions comme celle de la NASA. Le télescope spatial Hubble« , a déclaré Charles Baker, ingénieur système du projet NICER chez Goddard. C'était incroyable de voir le kit de correctifs se mettre en place au cours de l'année dernière. NICER nous a appris tant de choses merveilleuses sur le cosmos, et nous attendons avec impatience cette prochaine étape de son voyage. »

Le caddy NICER est une boîte en aluminium contenant deux des pare-soleil de rechange de la mission, qui sont fixés au fond. À l'intérieur des pare-soleil, 12 patchs sont verrouillés en place. Les astronautes emporteront l'ensemble du caddy avec eux lors d'une future sortie dans l'espace pour réparer les dommages causés aux boucliers thermiques de NICER. Ils inséreront cinq des patchs sur les zones les plus endommagées, ce qui permettra à la mission de revenir à un état de fonctionnement normal pendant la journée à la station. Crédit : NASA/Sophia Roberts

Le Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) est un instrument d'astronomie à rayons X de la Station spatiale internationale (ISS), axé sur l'étude des étoiles à neutrons, notamment des pulsars. Faisant partie du programme Explorers de la NASA, NICER vise à mesurer les propriétés physiques extrêmes des étoiles à neutrons pour faire progresser notre compréhension de leur intérieur dense. Il soutient également l'expérience SEXTANT, qui teste pulsarnavigation basée sur la technologie 3D pour les engins spatiaux, démontrant les applications pratiques de ses découvertes scientifiques.