La NASA prévoit de réparer NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), un télescope à rayons X de la Station spatiale internationale, lors d’une sortie dans l’espace plus tard cette année. Ce sera le quatrième observatoire scientifique en orbite desservi par des astronautes.
En mai 2023, les scientifiques découvert que NICER avait développé une « fuite de lumière ». Des rayons solaires indésirables pénétraient dans l’instrument et atteignaient les détecteurs sensibles du télescope. Alors que l’équipe a pris des mesures immédiates pour atténuer l’impact sur les observations, elle a également commencé à réfléchir à une éventuelle réparation.
« La lumière du soleil interfère avec la capacité de NICER à collecter des mesures viables de rayons X pendant la journée de la station », a déclaré Zaven Arzoumanian, responsable scientifique de NICER au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. « Les observations nocturnes ne sont pas affectées et le télescope continue de produire des données scientifiques incroyables. Des centaines d’articles publiés ont utilisé NICER depuis le début de la mission. Bloquer une partie de la lumière qui s’infiltre nous permettrait de revenir à des opérations plus normales 24 heures sur 24. »
Arzoumanian a présenté ses efforts pour résoudre ce problème lors d’une conférence tenue le vendredi 12 avril lors de la 21e réunion de la Division d’astrophysique des hautes énergies de l’American Astronomical Society à Horseshoe Bay, au Texas.
NICER est situé près des panneaux solaires intérieurs tribord de la station. Depuis ce perchoir, il regarde le ciel aux rayons X, collectant des données sur de nombreux phénomènes cosmiques, comme les impulsions régulières de restes stellaires très denses appelés étoiles à neutrons et les « échos lumineux » des trous noirs flamboyants.
L’observation de ces objets aide à répondre aux questions sur leur nature et leur comportement et améliore notre compréhension de la matière et de la gravité. En 2017, NICER a également démontré l’utilisation d’étoiles à neutrons pulsées dans notre galaxie pour servir de balises de navigation pour la future exploration de l’espace lointain grâce à un programme appelé SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology).
Le télescope dispose de 56 concentrateurs de rayons X en aluminium. Chaque concentrateur possède un ensemble de miroirs imbriqués, conçus pour transmettre les rayons X dans un détecteur. Devant le concentrateur se trouve un mince filtre, appelé bouclier thermique, qui bloque la lumière du soleil. Le concentrateur est surmonté d’une pièce circulaire creuse en composite de carbone, appelée pare-soleil, avec six segments qui ressemblent à une tranche de tarte. Le pare-soleil est conçu pour garder les concentrateurs frais au soleil et protéger les délicats boucliers thermiques. Après l’apparition de la fuite de lumière, des photos ont révélé plusieurs petites zones de dommages dans certains des boucliers, même si la cause de ces dommages n’est toujours pas claire.
« Nous n’avons pas conçu NICER pour le service de mission. Il a été installé de manière robotique et nous l’exploitons depuis le sol », a déclaré Keith Gendreau, chercheur principal de NICER à Goddard. « La possibilité d’une réparation a été un défi passionnant. Nous avons envisagé à la fois des solutions de sortie dans l’espace et des solutions robotiques, en cherchant comment installer des correctifs en utilisant ce qui est déjà présent sur le télescope et dans les boîtes à outils de la station spatiale. »
Après plusieurs mois de réflexion, la sortie dans l’espace a été choisie comme voie à suivre. Le télescope spatial Hubble et la mission Solar Maximum de la NASA, ainsi que l’AMS (spectromètre magnétique Alpha, également présent sur la station), sont les seuls autres observatoires scientifiques réparés par les astronautes en orbite.
La solution de NICER est simple. Cinq cales en forme de tarte s’inséreront dans les pare-soleil au-dessus des zones les plus endommagées et se verrouilleront en place. Les patchs sont conçus pour tirer parti d’un équipement d’astronaute existant appelé outil à poignée en T.
« Bien que nous ayons travaillé dur pour garantir que les correctifs soient mécaniquement simples, la plupart des activités de réparation dans l’espace sont très compliquées », a déclaré Steve Kenyon, responsable mécanique de NICER chez Goddard. « Nous avons effectué des tests pour confirmer que les travaux de réparation seront à la fois une solution efficace à la fuite de lumière du NICER et totalement sans danger pour les astronautes lors de la sortie dans l’espace et de la station spatiale. »
Le lancement des correctifs est actuellement prévu vers la station spatiale à bord de la 21e mission de services de réapprovisionnement commercial de Northrop Grumman plus tard cette année. Les astronautes termineront leur installation lors d’une sortie dans l’espace, entre autres tâches.
NICER est une mission d’opportunité en astrophysique au sein du programme Explorers de la NASA, qui offre des opportunités de vols fréquents pour des enquêtes scientifiques de classe mondiale depuis l’espace en utilisant des approches de gestion innovantes, rationalisées et efficaces dans les domaines scientifiques de l’héliophysique et de l’astrophysique. La Direction des missions de technologie spatiale de la NASA soutient la composante SEXTANT de la mission, démontrant la navigation d’un vaisseau spatial basée sur des pulsars.
NICER collabore également en tandem automatisé avec l’expérience MAXI (Monitor of All-sky X-ray Image) de la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) pour observer rapidement les étoiles et autres objets qui éclatent de manière imprévisible, faisant ainsi progresser la compréhension scientifique de notre univers dynamique.