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Pourquoi Hubble ne ressemble à aucun autre satellite de l'histoire
Dans cet extrait de son livre Empreintes de mains sur Hubble : l'histoire de l'invention d'un astronaute , la première Américaine à marcher dans l'espace raconte ce que c'était que de faire partie de l'équipe qui a conçu et lancé le télescope spatial. 19 novembre 2019
Empreintes de mains sur la couverture du livre Hubble Presse du MIT
On pourrait dire que nous avons grandi ensemble, Hubble et moi. La plupart des gens retracent les débuts de Hubble à un rapport écrit en 1946 par l'astronome de Princeton Lyman Spitzer. Je suis né à Paterson, New Jersey, le 3 octobre 1951. Au cours de mon enfance et de mon adolescence, Hubble a langui dans un état de développement arrêté, tandis que les technologies de la nouvelle ère spatiale ont suffisamment mûri pour amener la vision de Spitzer dans le monde. domaine du possible. Par une délicieuse coïncidence, nous avons tous les deux commencé la dernière partie de nos voyages dans l'espace presque en même temps, ma sélection d'astronaute et l'approbation du Congrès de Hubble ayant eu lieu en 1978.
Hubble est une pièce d'ingénierie incroyable. Ce qui rend Hubble radicalement différent de tout ce qui a été construit avant ou depuis, c'est qu'il a été conçu pour être entretenu par deux personnes dans des combinaisons spatiales encombrantes tout en orbite à des centaines de kilomètres au-dessus de la Terre. C'est comme travailler sur votre voiture tout en portant un costume de lutteur sumo gonflable et des gants de boxe, avec la particularité supplémentaire que vos outils flottent si vous les lâchez.
Les principes d'une conception maintenable sont simples et familiers à quiconque a déjà effectué la moindre réparation à domicile ou en voiture : les choses sont plus faciles à réparer lorsque la disposition des pièces est simple et épurée, aucune unité saine n'a besoin d'être dérangée pour obtenir au niveau de l'unité défaillante, les fixations et les connecteurs sont normalisés et peu d'outils uniques sont nécessaires. Comment un groupe de personnes qui n'avaient jamais été en orbite ou porté une combinaison spatiale ont-elles compris ce que signifiait maintenable dans un environnement de microgravité, puis ont intégré tout cela dans la conception du télescope ?
Deux innovations fournissent de bons exemples du travail inventif et rigoureux effectué au cours des premières étapes de la conception de Hubble. La difficulté de l'entretien de Hubble a mis l'accent sur la simplification des interfaces d'outils pour plus d'efficacité et sur la réduction des frais généraux associés à la configuration pour le travail.
Le designer Henry Ford (aucun lien avec la famille automobile) a décidé de s'attaquer au premier d'entre eux en limitant la variété des fixations utilisées sur le télescope. Il est parti à la recherche du plus petit boulon possible qui avait la résistance à la traction élevée nécessaire et un couple de rupture raisonnable. En clair, cela signifie un boulon assez solide pour résister à ce qu'il supposait que les forces seraient lors d'un lancement de navette (la navette était toujours sur les planches à dessin, il n'y avait donc pas de données fermes), mais pas trop difficile à desserrer avec une clé . S'installant sur un boulon à haute résistance particulier avec une tête hexagonale à double hauteur de 7/16e de pouce, Ford a commencé sa quête avec l'équipe d'installation électronique. Le travail de cette équipe a toujours consisté à s'assurer qu'aucun boîtier électronique ne se détache jamais de ses fixations ; retirer des boulons en orbite ne leur était jamais venu à l'esprit. Après plusieurs séries d'arguments et d'analyses, ils ont convenu d'utiliser son boulon choisi sur toutes leurs unités. Ensuite, Ford est allé à l'équipe des mécanismes, responsable de choses comme le panneau solaire et les charnières et les loquets de l'antenne, et enfin l'équipe des instruments scientifiques. Lorsqu'il eut terminé, il avait recueilli les données techniques nécessaires pour prouver que le boulon était adapté à chaque application et avait l'engagement de l'utiliser de la part de l'ingénieur principal de chaque système. La NASA en fera plus tard le boulon standard sur la navette et la station spatiale pour tout ce qui pourrait être réparé lors d'une sortie dans l'espace, ou EVA [activité extravéhiculaire].
L'invention de Tom Fisher visait le temps consacré à la préparation du chantier. Il connaissait les 38 chantiers EVA sur le télescope mieux que quiconque, ayant réalisé à la main les dessins techniques précis et détaillés de chaque emplacement et les positions du corps qui permettraient aux astronautes adaptés d'atteindre et d'utiliser tous les raccords de maintenance. Fisher a vu le besoin d'une plate-forme de travail portable en EVA, connue sous le nom de repose-pieds, qui était plus polyvalente que la simple que la NASA envisageait d'utiliser.
Un repose-pied portable est pour les astronautes ce que la gravité est pour les mécaniciens terrestres : la chose qui leur permet d'ancrer leurs pieds afin qu'ils puissent exercer un effet de levier ou appliquer une force sur leurs outils. Essayez de tourner un boulon dans la microgravité de l'espace sans repose-pieds, et vous constaterez que votre corps flottant librement tourne à la place. Les premiers repose-pieds étaient essentiellement des plaques sur des poteaux. Ils ont été conçus pour sortir directement de la structure à laquelle ils étaient attachés. La plaque de pied ne pouvait s'incliner que dans un axe et ne pouvait pas être ajustée pendant son utilisation. Fisher a eu l'idée d'ajouter des pédales à la plaque de pied afin que les astronautes puissent faire pivoter leur corps d'un simple coup de botte. Nous affinerions le concept initial de Fisher grâce à une succession de tests de flottabilité neutre à partir de 1985, produisant finalement un appareil très polyvalent qui a volé sur chaque mission Hubble et est maintenant utilisé à bord de la Station spatiale internationale.
Pendant les deux premières minutes et 15 secondes, le trajet a été turbulent et bruyant, comme si vous étiez dans une combinaison sauvage de tremblement de terre, de concert de rock et d'avion de chasse. Les vibrations faisaient presque grincer des dents ; la poussée poussant vers le haut à travers mon dos est forte et constante. J'ai senti la poussée diminuer, j'ai entendu Charlie signaler que les fusées solides s'éteignaient comme prévu, puis j'ai entendu le cogner qui a annoncé qu'ils avaient été largués. Maintenant, le trajet semblait silencieux et aussi doux qu'un train électrique. Lorsque les moteurs se sont coupés six minutes plus tard, la légèreté de mes membres et les check-lists flottant au bout de leurs attaches ont confirmé que j'étais de retour en orbite. Je me suis senti instantanément chez moi.
La légèreté de mes membres et les check-lists flottant au bout de leurs attaches confirmaient que j'étais de retour en orbite J'étais de retour en orbite. Je me suis senti instantanément chez moi.
Nous avons terminé notre première journée en orbite dans la bonne humeur. Le bras robotique fonctionnait bien, le télescope n'a montré aucun signe de dommage dû aux forces de lancement et nos combinaisons spatiales ont parfaitement fonctionné.
Pour nous, la journée de déploiement de Hubble a commencé par une mélodie de réveil totalement oubliable et les tâches de routine du début de journée : s'habiller, prendre un petit-déjeuner, revoir le message du matin, mettre à jour les données de navigation de la navette et s'assurer que tous nos les expériences du pont intermédiaire se déroulaient correctement. Le plan de déploiement soigneusement conçu a commencé à s'effilocher dès que Steve a commencé à soulever le télescope hors de la soute. Le plan de jeu pour déployer les appendices du télescope, comme on appelait les panneaux solaires et les antennes, a commencé à se défaire ensuite. Presque chaque étape de ce plan a révélé que l'équipe de contrôle au sol du Centre de contrôle des opérations du télescope spatial n'avait pas pleinement apprécié la complexité des systèmes de Hubble et avait du mal à gérer le rythme et le stress des opérations de vol spatial dans le monde réel.
Nos grands espoirs d'une première image spectaculaire de Hubble se sont écrasés sur Terre quelques semaines plus tard, lorsque le monde a appris que le télescope spatial de plusieurs milliards de dollars que nous venions de mettre en orbite avait une vision floue. Charlie et Steve ont passé de longues semaines à s'inquiéter d'avoir pu causer cela en heurtant le télescope alors qu'ils le soulevaient avec précaution hors de la soute de la navette. Ils ont dû être les deux seules personnes sur Terre à être soulagées d'apprendre que le miroir primaire de 96 pouces de diamètre de Hubble n'avait pas la bonne forme. Il était trop plat au périmètre de 0,0001 pouce, soit environ 1/25e du diamètre d'un cheveu humain ou 1/40e de l'épaisseur d'une page de livre à couverture rigide typique.
C'était une nouvelle incroyable, une erreur impensable. Un raz-de-marée de choc et d'angoisse a balayé la NASA et la communauté scientifique Hubble. Le Congrès et les médias ont éclaté d'indignation. La douleur était clairement écrite sur les visages cendrés des responsables de la NASA qui ont annoncé la nouvelle au public.
Ils ont dû être les deux seules personnes sur Terre à être soulagées d'apprendre que le miroir primaire de 96 pouces de diamètre de Hubble n'avait pas la bonne forme.
Le lancement de la première mission de maintenance deux à trois ans après le déploiement était prévu depuis longtemps, mais personne n'avait jamais imaginé que la vie de la mission Hubble serait en jeu dès la première sortie.
Comme c'est souvent le cas, l'astuce pour trouver une solution consistait à refondre le problème. Le miroir lui-même avait-il vraiment besoin d'être réparé ? Supposons plutôt que le véritable défi était de corriger la lumière qu'elle reflétait dans les instruments ? Une circonstance heureuse - la seule petite tranche de bonne nouvelle dans un fiasco par ailleurs vraiment horrible - suggérait que cela pourrait être possible. La forme du miroir était effectivement fausse, mais c'était précisément faux. Cela signifiait que les ingénieurs pouvaient calculer très précisément la différence entre sa forme réelle et la forme qu'elle était censée avoir. Cette information pourrait ensuite être utilisée pour calculer la correction qui restaurerait la vision du télescope, un peu comme un optométriste détermine la forme des verres de prescription nécessaires pour une paire de lunettes.
En octobre, l'équipe avait en main les grandes lignes d'un plan de relance. L'un des quatre grands instruments scientifiques à l'arrière de Hubble serait remplacé par une boîte identique contenant les optiques correctives - de petits miroirs dans le cas de Hubble, plutôt que des lentilles. Ces miroirs fourniraient une lumière correctement focalisée aux capteurs de guidage du télescope et aux trois instruments restants. Des miroirs similaires seraient intégrés à l'unité de remplacement du principal instrument d'imagerie de Hubble, la caméra à champ large/planétaire, qui était déjà en construction.
Quatre autres équipages de navette visiteraient Hubble au cours des 16 prochaines années. Chaque mission d'entretien a amélioré les méthodes existantes et inventé de nouveaux dispositifs pour s'attaquer à des réparations de plus en plus complexes, mais toutes s'appuyaient fortement sur les outils et l'équipement produits par l'équipe d'origine. Lors de la quatrième mission, les équipes de réparation de Hubble faisaient des choses que nous n'aurions jamais envisagées en 1990, comme retirer le couvercle d'un instrument scientifique délicat monté à quelques mètres sous le miroir primaire afin de changer des circuits imprimés individuels.
Alors qu'ils accomplissaient leurs tâches vitales, les astronautes de la sortie dans l'espace qui entretenaient le télescope ont laissé leurs empreintes de mains sur sa peau extérieure.
Au cours des cinq missions de maintenance, 16 marcheurs dans l'espace passeraient un total de 165,8 heures, soit à peine six minutes de moins que sept jours complets, à chevaucher le bras robotique de la navette ou à grimper autour du télescope. Grâce à ces missions, le télescope est aujourd'hui un instrument bien meilleur que celui que nous avons déployé pour la première fois le 25 avril 1990. Sa fiabilité, son stockage de données et ses taux de transmission de données ont tous augmenté lorsque les équipages de la navette spatiale ont remplacé l'électronique d'origine des années 1970 par l'état. composants à semi-conducteurs à la pointe de la technologie.
Une sensibilité multipliée par trois lui permet de voir plus profondément dans l'univers. Les caméras de Hubble sont 100 fois meilleures aujourd'hui qu'elles ne l'étaient au départ, et ses spectrographes sont 10 fois meilleurs. Toutes ces avancées ont permis à Hubble de mesurer le taux d'expansion de l'univers, connu sous le nom de constante de Hubble, presque cinq fois plus précisément que l'objectif de conception en amont, et d'être reconnu comme l'observatoire le plus productif jamais construit.
Essentiellement, tout ce qui reste du Hubble que nous avons transporté en 1990, ce sont les deux miroirs et la poutre de mesure qui les maintient, les mains courantes en EVA jaune et les douilles de retenue des pieds, et la peau extérieure argentée brillante qui rend cette magnifique machine volante si facile à repérer quand il passe au-dessus au crépuscule. Cette peau argentée scintille beaucoup moins qu'elle ne l'était le jour où j'ai vu Hubble pour la première fois en avril 1985. Une grande partie de la décomposition est simplement due à l'environnement hostile de l'espace. Tous les satellites météo car ils sont constamment bombardés par des micrométéoroïdes, des morceaux de débris spatiaux, un rayonnement intense et les particules chargées du vent solaire. Hubble est le seul satellite à être affecté par une autre force climatique : le contact humain. Alors qu'ils accomplissaient leurs tâches vitales, les astronautes de la sortie dans l'espace qui entretenaient le télescope ont laissé leurs empreintes de mains sur sa peau extérieure.
Ces empreintes de mains visibles sont comme la pointe d'un iceberg, des indices dramatiques d'une masse plus grande qui est hors de vue. Pour moi, ils symbolisent les innombrables mains terrestres qui ont conçu la maintenabilité du télescope, construit les outils et l'équipement nécessaires pour faire de l'entretien en orbite une réalité, formé les équipages de conduite et travaillé chaque mission aussi inlassablement que les astronautes eux-mêmes. Chacune de ces personnes méconnues peut à juste titre prétendre avoir également laissé des empreintes de mains sur Hubble.
Kathryn D. Sullivan est une astronaute de la NASA (à la retraite), ancienne sous-secrétaire au commerce pour les océans et l'atmosphère de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et intronisée au Temple de la renommée des astronautes. Cet essai est adapté et extrait de son livre, Empreintes de mains sur Hubble : l'histoire de l'invention d'un astronaute , publié le 19 novembre 2019 par MIT Press.