Le matériel vieillissant de la NASA révèle un plus gros problème

Le 9 février, l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA a subi de manière inattendue un problème avec sa caméra haute résolution qui a envoyé les ingénieurs de la NASA se démener. Le télescope spatial en orbite était hors service jusqu’au 20 février, et même si ses autres instruments reviennent en ligne, le HRC reste en panne.

Pendant ces 11 jours, les astronomes du monde entier ont dû réfléchir à un problème existentiel. Orbitant au-dessus de la Terre, Chandra est l’instrument le plus puissant capable de voir les rayons X de haute puissance, qui sont bloqués par l’atmosphère terrestre. Les objets et les événements les plus énergétiques de l’univers ne se révèlent souvent qu’en rayons X, y compris les trous noirs, les supernovae et les régions centrales des galaxies, alimentés par certains des objets les plus massifs de l’univers. Sans le télescope, les astronomes perdraient l’accès à des images de haute qualité du spectre électromagnétique et, avec lui, à des données cruciales sur l’univers.

“Chandra est unique”, déclare Paul Hertz, directeur de l’astrophysique à la NASA Inverse. “Chandra est le seul observatoire à rayons X capable de prendre des photos aussi nettes qu’il le fait.”

L’autre instrument principal de Chandra, le spectromètre imageur CCD avancé (ACIS), fonctionne toujours bien. Mais le pépin met en évidence les risques de perdre définitivement l’observatoire en orbite si quelque chose de plus grave se produisait. Alors que la NASA a récemment lancé la mission Imaging X-ray Polarimetry Explorer pour explorer des longueurs d’onde similaires, elle n’a pas la netteté pour rivaliser avec Chandra. Et c’est également un problème auquel sont confrontés d’autres équipements clés de la NASA, dont certains fonctionnent bien après la fin de leurs missions initiales.

En 2019, un composant du système de charge de la batterie à bord de la Station spatiale internationale a échoué de manière inattendue, brouillant les plans de la NASA pour remplacer les batteries elles-mêmes. Alors que les astronautes à bord de la station ont pu échanger l’équipement cassé, plus inquiétants sont les avertissements récents de l’agence spatiale russe Roscosmos selon lesquels 80% des systèmes en vol du segment russe ont dépassé leur date d’expiration, car le Bbc rapports.

Au fur et à mesure que la flotte de matériel d’observation de l’agence vieillit, la menace de pannes catastrophiques devient plus pressante. Avec des délais et des budgets pour les télescopes de nouvelle génération en constante expansion, le remplacement de nombreux télescopes clés pourrait prendre des années. Il est tentant de se demander dans quelle mesure la série de vaisseaux spatiaux incroyablement durables de la NASA est due à la chance – et ce qui pourrait arriver si cette chance venait à manquer.

Dans cette image simulée, le Mars Reconnaissance Orbiter survole Mars. L’orbiteur est le seul centre de communication entre les missions au sol sur la planète rouge et le Deep Space Network de la NASA. Nasa

Pourquoi y a-t-il tant de vieux vaisseaux spatiaux ?

Le problème le plus récent à Chandra n’était pas un événement sans précédent. L’instrument HRC du télescope a été mis hors ligne pendant des mois en 2020 en raison d’un problème différent, et un problème de gyroscope en 2018 a également brièvement mis Chandra hors service. Les problèmes récurrents sont inquiétants, mais peut-être compréhensibles. Chandra, lancé en 1999, n’était censé fonctionner que cinq ans. Mais plus de deux décennies plus tard, l’observatoire orbital fonctionne toujours.

La longévité surprenante est un thème commun parmi le matériel de la NASA. Le plus célèbre, bien sûr, est le vénérable télescope spatial Hubble, qui a été lancé en 1990 et continue de fonctionner plus de 30 ans plus tard. De même, le télescope spatial Spitzer, lancé en 2003 et prévu pour fonctionner pendant moins de trois ans, a étendu sa durée de vie à près de deux décennies, jusqu’à son arrêt en 2020. Et la NASA a récemment prolongé la durée de vie de ses missions Juno et InSight, qui étudient respectivement Jupiter et Mars.

La durabilité des engins spatiaux témoigne des spécifications rigoureuses des ingénieurs de la NASA, et cela a souvent été une aubaine pour l’agence spatiale, sans parler des scientifiques avides de plus de données sur l’univers. C’est aussi un choix logique pour la NASA et d’autres agences spatiales, déclare Casey Dreier, conseiller principal en politique spatiale à l’organisation à but non lucratif The Planetary Society.

«Ce sont des missions uniques, magnifiquement conçues et sur mesure qui sont si rares que vous voulez en quelque sorte les exploiter pour chaque goutte de données que vous pouvez en extraire», déclare Dreier. Inverse.

La NASA adopte une mentalité à peu près en deux parties lorsqu’elle conçoit des missions spatiales, dit Hertz. Les observatoires orbitaux comme le JWST ou Chandra sont conçus avec une très forte probabilité d’atteindre leurs objectifs initiaux, ce que l’on appelle souvent la « mission principale ». Après cette période, qui ne dure généralement que quelques années, la plupart des engins spatiaux fonctionnent toujours bien, et l’agence choisira généralement de continuer à les faire fonctionner pour recueillir toutes les données supplémentaires possibles.

Mais le maintien des missions coûte des millions de dollars par an. Ce n’est qu’une fraction du coût de construction d’un vaisseau spatial, mais cela peut s’additionner lorsqu’il est étendu à plusieurs missions, dit Dreier.

“C’est cette tension entre maximiser le matériel dont vous disposez sans avoir à vous appauvrir en tant qu’organisation pour construire du nouveau matériel”, dit-il.

En d’autres termes, maintenir les anciennes missions en cours d’exécution pourrait entraver notre capacité à en créer de nouvelles. Et le financement de nouvelles missions pourrait limiter notre capacité à faire fonctionner les anciennes.

Dans le contexte de cet éternel compromis, il convient de garder à l’esprit le truisme scientifique de longue date – qu’il est plus facile d’obtenir un financement pour de nouvelles choses brillantes que d’obtenir de l’argent pour réparer les anciennes, déclare Patrick McCray, historien des sciences. à l’Université de Californie, Santa Barbera.

Dans quelle mesure cela s’applique aux engins spatiaux de la NASA n’est pas clair. Mais une grande partie du budget de la NASA dans les années à venir ira probablement au programme Artemis pour remettre les humains sur la Lune, une mission bien plus sexy que la réparation de vieux télescopes spatiaux. Un rapport récent du Bureau de l’inspecteur général de l’agence a estimé que les coûts d’Artemis totaliseront 93 milliards de dollars d’ici 2025. Le budget de la NASA pour 2022 est de 24,8 milliards de dollars. Il reste à voir comment ces priorités affecteront d’autres missions futures.

La vue depuis un Soyouz de la Station Spatiale Internationale. La station vieillissante a été un lien de problèmes matériels et de querelles géopolitiques. ALEXANDRE NEMENOV / AFP / Getty Images

Garder les lumières allumées

Hertz souligne que la NASA a choisi de maintenir la majorité de ses missions spatiales au-delà de leurs missions principales, en dépensant de l’argent pour le personnel et l’entretien de télescopes encore plus anciens. Et les coûts de fonctionnement des anciennes missions sont minimes, dit-il.

“Le coût de fonctionnement d’une mission est tellement inférieur au coût de construction d’une mission. Si nous désactivions toutes nos missions, nous ne pourrions construire qu’une seule mission supplémentaire », explique Hertz. “Échanger la science de dizaines de missions contre la science d’une seule mission n’est pas une tension, c’est une évidence.”

Hubble, par exemple, coûte environ 90 millions de dollars par an à entretenir, bien que ses cinq missions de maintenance coûtent des centaines de millions chacune. Mais comparé aux coûts d’environ 16 milliards de dollars pour le télescope spatial au fil du temps, ce montant est infime. Des missions plus petites, comme le vaisseau spatial Voyager toujours fonctionnel, pourraient coûter des dizaines de millions de dollars par an ou moins à entretenir, tout en continuant à renvoyer des données précieuses.

Hertz dit que la NASA se rend compte que la plupart des missions atteindront un point où elles cesseront de fonctionner et succomberont à un problème mécanique ou logiciel ou à un autre.

“C’est comme les ampoules de votre maison”, dit-il. “Un jour, ils vont s’épuiser, et vous ne savez tout simplement pas quand ce sera.”

Pourtant, il est beaucoup plus facile de remplacer une ampoule qu’un télescope spatial. Et prolonger la durée de vie des engins spatiaux ne fait qu’augmenter le risque qu’ils se brisent irrémédiablement, ce qui devient de plus en plus inquiétant à mesure que la construction de nouveaux télescopes prend de plus en plus de temps. Cela est particulièrement vrai pour les télescopes spatiaux phares de la NASA, comme Hubble et le télescope spatial James Webb récemment lancé. Chaque télescope a des objectifs et des capacités différents, ce qui signifie qu’ils ne se remplacent pas directement les uns les autres. Mais si Hubble était tombé en panne avant le lancement de JWST, cela aurait laissé les astronomes sans certaines capacités clés.

En fait, le JWST devait être lancé des années plus tôt, mais a connu des retards et des dépassements de coûts qui ont retardé son lancement de plus d’une décennie, laissant Hubble continuer. Et le prochain grand télescope infrarouge après le JWST est dans des années.

“Si quelque chose arrivait à Webb maintenant, il n’y a aucun moyen de le remplacer par quoi que ce soit au sol ou quoi que ce soit dans l’espace, car littéralement rien d’autre n’est conçu pour répondre à ces questions”, déclare Dreier.

D’autres exemples incluent le Mars Reconnaissance Orbiter, qui a été lancé en 2005 et qui aide à relayer les transmissions des rovers et des atterrisseurs à la surface de la planète vers la Terre. S’il tombait en panne, nous perdrions un lien clé dans le système qui nous relie à la planète rouge, sans aucune sauvegarde en cours de route. Il n’y a pas non plus de sauvegarde pour l’ISS en ce moment, et les stations spatiales commerciales seront probablement dans des années. Sans une station spatiale fonctionnelle, la NASA devrait interrompre les expériences orbitales en cours sur la façon dont le corps humain réagit à l’espace, l’impression 3D en microgravité, etc.

L’impact de la perte d’un télescope comme Chandra ne serait pas aussi dévastateur. Dans de nombreux cas, c’est simplement un fait de la vie que les télescopes finissent par mourir. Et les engins spatiaux plus récents comme le JWST devraient continuer à fonctionner pendant des années. Mais on croise quand même les doigts.

Note de l’éditeur – Cette histoire a été mise à jour le 11 mars pour indiquer que Chandra n’était pas en mode sans échec après avoir subi un problème.

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