Bonnes nouvelles du JWST (James Webb Space Telescope)

[Mercure 867]

Pourquoi est-il précisé 'non-explosive actuators'?

C'est le standard qu'ils soient explosifs?

C'est pas intuitif...

Et jusqu'à présent on avait plutôt entendu parler de ressorts et de moteurs électriques, non?

[jackbauer 2 13 762]

OUF !!!!! 

 

https://blogs.nasa.gov/webb/

 

Le miroir primaire emblématique de Webb prend sa forme finale. Aujourd’hui, la première des deux ailes de miroir primaires, ou panneaux latéraux, a été déployée et verrouillée avec succès. Chaque panneau latéral contient trois segments de miroir primaires qui ont été conçus pour se replier afin de réduire le profil global de Webb pour le vol.

Le processus de déploiement de l’aile du rétroviseur bâbord a commencé vers 8 h 36.m HNE. Vers 14h11 .m HNE, les ingénieurs ont confirmé que le panneau était entièrement sécurisé et verrouillé en place, et que le déploiement était terminé.

Maintenant que le panneau de l’aile bâbord est verrouillé en place, les équipes au sol se prépareront à déployer et à verrouiller le panneau tribord (côté droit) demain. Une fois terminé, Webb aura terminé sa séquence de déploiement majeure.

 

 

 

Modifié 7 janvier 2022 par jackbauer 2

[Battista 208]

Encore un grand merci pour toutes ces photos du télescope.  C'est vraiment fascinant de voir le génie de ces techniciens, ingénieurs, bref, de l'humanité en général, d'avoir su créer une machine pareille !    La perfection !   Je suis un simple modeste astronome amateur basique (observations visuelles uniquement), et j'en ai les larmes aux yeux !   Et alors, les mini-vidéos du JWST cheminant sur fond de ciel étoilé, la classe !

[vaufrègesI3 15 140]

il y a 10 minutes, jackbauer 2 a dit :

Maintenant que le panneau de l’aile bâbord est verrouillé en place, les équipes au sol se prépareront à déployer et à verrouiller le panneau tribord (côté droit) demain. Une fois terminé, Webb aura terminé sa séquence de déploiement majeure.

 

NICKEL !!!!!!!!!!!!!!!!!!.....

Sinon mon traitement marche super bien, je pète la forme !!!!

 

[Cay2 817]

Dans l'attente de la fin du déploiement et de la mise en phase, il faut bien s'occuper. Je vous propose de creuser un peu dans la matière, je veux dire le Béryllium (Be). 

Il y a bien quelques postes sur le Web qui survolent la question du choix de  ce matériau, mais cela reste plutôt laconique. Il y a un tas de documentation sur le Be sur le Web, mais ce qui nous intéresse ici c’est pourquoi et comment on fait des optiques avec. Comme on est sur Astrosurf, on va parler Big Bang et Guerre des Etoiles… Hein ? Oui, oui, …

Je coupe cet aparté en quelques posts, c’est plus facile et plus lisible.

 

Big Bang

Le Be est le 4ème élément de la classification périodique de Mendeleïev, entre Lithium et Bore, sur la deuxième ligne du tableau. Masse atomique 9 : 4 protons et 5 neutrons. Donc il doit être ‘léger’ : oui. C’est un métal, qui ressemble au premier coup d’œil a de l’aluminium, de densité 1.85 !!. Quand on l’a dans la main on hallucine tellement cela semble léger, genre du bois. Si vous passez un jour dans mon bureau je vous montrerai 

Le Be n’est PAS produit dans les étoiles ! Il provient de la nucléosynthèse primordiale, au moment du Big Bang donc. On trouve du H et du He en abondance au moment de cette nucléosynthèse, et des proportions extrêmement faibles de Li et de Be (en gros 0.0000001 %). Et pis c’est tout.

Cette très faible abondance explique qu’on trouve très très peu de Béryllium sur terre : quelques pays seulement produisent des quantités commercialement viables : les USA, la Chine, … L’extraction et la production sont localisés principalement aux USA (90%), la mine principale se situe en Utah. La transformation se fait dans l’Ohio. La production annuelle est de 100 à 200 tonnes. Donc que dalle …

Transformer le minerai (Béryl et Bertrandite) pour extraire le Be est une galère : concasser, broyer, faire réagir dans d’énormes citernes pleines d’acide sulfurique …

Rare et galère ? Donc c’est cher ??? Euh… oui. Un bloc de métal dans lequel on peut tailler des mécaniques et des optiques vaut de quelques milliers à plusieurs dizaines de milliers de dollars le kilo !!!   

 

[jackbauer 2 13 762]

Très intéressant ! 

 

Le site en français sur le JWST donne des infos sur l'utilisation du Be dans la fabrication des segments :

 

https://www.jwst.fr/les-miroirs/

 

L’or accroît d’une manière très significative la réflectivité de la lumière infrarouge. Alors, quelles doivent-être les caractéristiques des miroirs ? 

Ils ne peuvent certainement pas être faits en or, car celui-ci est un des 3 matériaux les plus conducteurs de température (avec l’argent et le cuivre), et il se dilate et se contracte très facilement en fonction de celle-ci. Et puisque la surface équivalente des 18 segments du miroir primaire requiert que le revêtement soit lisse avec une précision de 20-22 nanomètres, il faut que le matériau utilisé puisse conserver sa forme à des températures cryogéniques. C’est pourquoi il a été décidé de fabriquer les miroirs à partir de béryllium. 

Le béryllium est un métal léger qui est extrêmement résistant à toute déformation dans un très large domaine de températures. C’est un excellent conducteur d’électricité, mais non-magnétique. Comme, à l’état pur, le béryllium est un métal très dangereux à manipuler et respirer, c’est en fait un de ses oxydes qui est utilisé : une poudre fine appelée O-30. Chaque segment hexagonal est élaboré à partir d’une découpe d’un bloc initial de 250 kg. 

Celui-ci est évidé à la manière d’un nid d’abeille pour arriver à un poids final de 21 kg (environ 40 kg, lorsque on lui ajoute ses actuateurs). 

Le miroir seul (les 18 segments hexagonaux) pèsera 705 kg et l’ensemble du télescope sera, en définitive, ultra-léger, avec un poids de 6200 kg, seulement 55% de ce que pèse celui du télescope spatial Hubble actuellement en orbite.

 

 

Maintenant, est-ce que tu peux nous faire un petit topo sur les actuateurs ? 

 

Vidéo sur les actuateurs :

 

Modifié 7 janvier 2022 par jackbauer 2

[Cay2 817]

Bon, le Béryllium est un métal genre plus léger que l’alu, densité 1.85. Quoi d’autre ?

1/ Il est raide comme la justice ! Pour les mécanos sont module d’Young est de 300 GPa. Il est donc 4 fois plus raide que l’alu, 1.5 fois plus raide que l’acier. Impec pour faire des optiques.

2/ Il conduit très bien la chaleur, il a une forte chaleur massique. Impec pour rapidement trouver un équilibre thermique et éviter les gradients dans des optiques.

3/ Son coefficient de dilatation thermique est de 11.4 10-6/K, soit en gros comme l’acier, deux fois moins que l’alu. Bon c’est clairement pas de la silice ou du Zerodur…, le Be se dilate 100 a 400 fois plus que les verres et vitrocéramiques !!! Mais si la dilatation est parfaitement homogène on peut s’en sortir.

Alors tout va bien ? Nan… Le Be a une structure cristalline hexagonale … Et le coefficient de dilatation est diffèrent suivant le plan hexagonal et l’axe du cristal … Et pas qu’un peu, de l’ordre de 30%. Donc le Be présente une anisotropie en dilatation thermique.

 

 

 

Pour faire des optiques, il n’y a donc pas pire … Mince. Alors on fait quoi pour faire des beaux miroirs bien performants avec ce truc ? Ben on ruse. On passe par la métallurgie des poudres !! L’idée est la suivante : si tu prends plein de petits grains de Be, chacun est anisotrope, mais une poudre de ces petits grains est isotrope car l’orientation des grains est aléatoire. Ah… Pas con.

Alors pour faire des blocs de Be homogènes on procède de la manière suivante :

-          On concasse le Be sous forme de poudre fine de 10-20 microns

-          On met la poudre dans un sarcophage en inox qu’on dégaze pendant des semaines avec des pompes a vide.

-          On scelle le sarcophage en inox et on le met dans une chambre de pressage isostatique à chaud (Hot Isostatique Pressing, HIP)

-          Le conteneur inox est dans un bain d’huile, on chauffe le tout a 785 °C, puis on envoie une rampe de pression de 4000 bars (explosion).

-          Sous le choc, les grains se collent les uns aux autres. C’est du frittage.

-          On retire le truc de la chambre, et on le jette dans un bain d’acide qui ronge l’inox

-          On obtient un bien beau bloc qu’on usine, genre usinage alu/acier.

L’exemple ci-dessous illustre le procédé, qu’on a mis en œuvre pour les 4 miroirs secondaires du VLT.

 

 

Et la Guerre des étoiles dans tout ça ? On voit ça au post suivant.  

[Cay2 817]

il y a 52 minutes, jackbauer 2 a dit :

Maintenant, est-ce que tu peux nous faire un petit topo sur les actuateurs ? 

 

Hihihi, je finis le post du Beryllium d'abord  

[Cay2 817]

il y a 54 minutes, jackbauer 2 a dit :

c’est en fait un de ses oxydes qui est utilisé : une poudre fine appelée O-30

Non : pas un oxyde, c'est du Be.

[astrovicking 893]

Bonsoir, un grand merci pour toutes ces précisions!

[Cay2 817]

La Guerre des Etoiles

Jusque en fin des années 1990, on utilisait une poudre de grains irréguliers, le grade I220H. Apres frittage, les joints entre les grains sont imparfaits et faire de la basse rugosité est impossible en polissage. Donc on mettait une couche de nickel dessus et c’est elle qu’on polissait. Exemple : toujours le M2 VLT. A gauche mon ami Thierry le polisseur. A droite le chef de projet (moi) tout content de ses délires optomécaniques.

 

 

1983-1993 c’est le programme de Guerre des Etoiles de R. Reagan. Des tas de milliards dépensés pour des armes futuristes et des parapluies anti-missiles. Dans le lot, s’affranchir des problèmes de polissage du Béryllium. Un procédé en a jailli : une nouvelle poudre obtenue par un spray de métal fondu sous gaz inerte, le spray retombe en pluie fine. Les grains font quelques microns. C’est le O30, dit Optical Grade, car on peut le polir a des rugosités suffisantes pour de l’optique haute performance.

 

 

 Le procédé de fabrication d’un bloc pour usinage reste identique. Voila comment on a pu faire un JWST.

[Cay2 817]

Pour terminer les posts sur le Béryllium, un petit résumé de la vie d'un segment depuis la mine jusqu'au produit fini.

 

[dg2 2 034]

(Petite remarque au milieu de ces posts intéressants...)

 

Il y a 3 heures, Cay2 a dit :

Le Be n’est PAS produit dans les étoiles ! Il provient de la nucléosynthèse primordiale, au moment du Big Bang donc.

 

Oui, puis non. Le Be n'est pas produit dans les étoiles, mais pas lors du Big Bang non plus. Il est uniquement produit dans le milieu interstellaire par spallation (noyaux de C, N, O cassés par des rayons cosmiques en lithium, Be et bore).

 

(Fin de l'interruption)

Modifié 7 janvier 2022 par dg2

[jackbauer 2 13 762]

 et paf !

 

On va décortiquer  tout le JWST comme ça, ça va être génial ! 

[Cay2 817]

il y a 24 minutes, dg2 a dit :

Oui, puis non. Le Be n'est pas produit dans les étoiles, mais pas lors du Big Bang non plus. Il est uniquement produit dans le milieu interstellaire par spallation (noyaux de C, N, O cassés par des rayons cosmiques en lithium, Be et bore).

Ah ... Désolé mais je ne suis pas un spécialiste de la question  

Je me suis toujours appuyé sur ce que j'avais pu lire dans les 3 premières minutes de l'Univers de S. Weinberg et que je retrouve dans les publis diverses et variées sur le sujet, par exemple : 

 

Source : https://books.openedition.org/editionscnrs/11570?lang=fr

 

'Il est uniquement produit dans le milieu interstellaire par spallation (noyaux de C, N, O cassés par des rayons cosmiques en lithium, Be et bore).'
Fichtre : mais alors l'abondance de Be est gouvernée par quoi ? Par la nucléo primordiale ou par le mécanisme de spallation que tu  mentionnes ? Mon latin se perd 

Il me semble en tout cas que la conclusion reste la même : il y en a si peu ... ?

Marc

Modifié 8 janvier 2022 par Cay2
typo

[a s p 0 6 845]

est ce que l'inox a les mêmes défauts d'anisotropie que le béryllium ?

est ce que des miroirs en inox sont réalisés de la même manière (frittage de poudres) pour des installations au sol ou dans l'espace?

si oui, les coûts intégrés sont ils finalement si différents?

[Pascal C03 4 080]

Il y a 11 heures, Cay2 a dit :

une nouvelle poudre obtenue par un spray de métal fondu sous gaz inerte, le spray retombe en pluie fine. Les grains font quelques microns.

 

ça me rappelle des souvenirs...

Quand j'ai réalisé des dépôts de tungstène sur rhénium pour des cibles radiologiques en basse pression d'argon. J'étais seul sur la planète à avoir réussi ça à l'époque avec la techno V.P.S.. Mais c'était "violent", pas du tout de la pluie fine

Là maintenant, ce sont d'autres défis à relever. Dire à des master 2 que non; 0.4/0.2 ça fait pas 0.2...

Faire son marché tous les 2 jours sur ce fil permet de voir que tout se passe super bien pour ce petit tube de seulement 6.5m

Modifié 8 janvier 2022 par Pascal C03

[Cay2 817]

il y a 1 minute, asp06 a dit :

est ce que l'inox a les mêmes défauts d'anisotropie que le béryllium ?

est ce que des miroirs en inox sont réalisés de la même manière (frittage de poudres) pour des installations au sol ou dans l'espace?

si oui, les coûts intégrés sont ils finalement si différents?

L'inox n'est pas un métal pur : on part d'un acier qui est Fer-Carbone qu'on allie avec en général avec du Chrome et du Nickel. C'est par exemple le 304 ou le 316, ou pour utiliser les anciennes appellations, plus parlante, le Z6CN 18-10 de nos couteaux de cuisine (18% de Chrome, 10% de Nickel).  

 

Plusieurs problèmes pour faire des optiques avec ça:

1/ L'acier a une densité de 7.8, et une rigidité de E=200 GPa. C'est fichtrement lourd, et même si c'est raide le ratio Rigidité/Densité (E/Rho= 26) n'est pas plus élevé que celui de l'aluminium (E/Rho= 26) ou le verre (E/Rho= 28). Ce ratio permet de comparer des structures a géométries équivalentes : ces trois matériaux sont a peu prés équivalents du point de vue déformée sous gravite ou fréquences propres. Avec du SiC (instrument NirSpec de JWST) on est a E/Rho= 117 et  avec le Béryllium E/Rho= 162. Autrement dit l'acier n'apporte rien par rapport à l'alu ou le verre d'un point de vue mécanique. Le SiC et le Be sont 4.5 et 6.3 fois meilleurs que les matériaux courants, respectivement.

 

2/ L'inox, d'un point de vue métallurgique est multi-phases. Même si on peut lui faire du polissage esthétique ou d'augmentation des propriétés mécaniques (fatigue),  obtenir une très basse rugosité pour des optiques de haute performance n'est pas possible. La métallurgie des poudres n'y changera rien.

 

3/ L'inox est une machine à gradients thermiques. Il ne conduit pas bien la chaleur et il lui faut  du temps pour s’homogénéiser et évacuer les gradients de chaleur. Pour des optiques les gradients thermiques sontl' ennemi no. 1. Gradients + fort coeff de dilatation = forme pourrie et pas stable.

 

Voila en gros pourquoi on n'utilise pas l'Inox. Et la métallurgie des poudres n'apportent pas de gain, on est limite par les propriétés de l'acier. 

Marc     

[a s p 0 6 845]

https://apertureos.com/off-axis/zero-expansion-ceramic-mirrors/

j'avais trouvé cette référence comme alternative possible au SiC en espérant un prix plus raisonnable pour un budget amateur.

le SiC c'est aussi particulier que le Be pour faire des miroirs, sinon plus...

 

merci pour la réponse complète sur l'inox.

 

[dg2 2 034]

Il y a 8 heures, Cay2 a dit :

Je me suis toujours appuyé sur ce que j'avais pu lire dans les 3 premières minutes de l'Univers de S. Weinberg et que je retrouve dans les publis diverses et variées sur le sujet, par exemple : 

 

Il y a un piège ! Le béryllium-7 est radioactif et se désintègre en 50 jours environ. Donc effectivement, il en est qui est produit lors de la nucléosynthèse, mais il ne survit pas longtemps (comme le tritium). Sur votre schéma qui ne montre que quelques heures, on ne voit bien sûr pas cette décroissance, bien trop lente.

 

Le béryllium-9 est le seul isotope stable et il est produit quand les plus abondants des noyaux un peu plus lourds (C, N, O) sont cassés par les rayons cosmiques. Je doute qu'il soit possible de prédire facilement l'abondance de  béryllium (ou bore, ou lithium) en fonction de celle de C, N, O, mais on peut quand même imaginer que la première est proportionnelle aux secondes.

[Cay2 817]

il y a 23 minutes, dg2 a dit :

Il y a un piège ! Le béryllium-7 est radioactif et se désintègre en 50 jours environ. Donc effectivement, il en est qui est produit lors de la nucléosynthèse, mais il ne survit pas longtemps (comme le tritium). Sur votre schéma qui ne montre que quelques heures, on ne voit bien sûr pas cette décroissance, bien trop lente.

 

Le béryllium-9 est le seul isotope stable et il est produit quand les plus abondants des noyaux un peu plus lourds (C, N, O) sont cassés par les rayons cosmiques. Je doute qu'il soit possible de prédire facilement l'abondance de  béryllium (ou bore, ou lithium) en fonction de celle de C, N, O, mais on peut quand même imaginer que la première est proportionnelle aux secondes.

 

Mille mercis 

[Cay2 817]

il y a 38 minutes, asp06 a dit :

https://apertureos.com/off-axis/zero-expansion-ceramic-mirrors/

j'avais trouvé cette référence comme alternative possible au SiC en espérant un prix plus raisonnable pour un budget amateur.

le SiC c'est aussi particulier que le Be pour faire des miroirs, sinon plus..

La Cordierite, oui. On gagne un peu par rapport aux vitrocerams. Mais attention ce n'est pas forcement abordable pour les amateurs (ou alors les riches amateurs ? )

Marc

[Cay2 817]

Les actuateurs du M1

 

Suite à la demande de jackbauer 2,  jetons un coup d’œil sur les actuateurs. 

Commençons par le début : à quoi ils servent ?

 

1/ Au moment du lancement les segments sont en position ‘rétractée’. Leur mécanique de support vient s’appuyer sur des limiteurs qui modèrent les vibrations/résonances lors du lancement. Donc il faut une fois là haut mettre les segments à leur position de travail : il faut les monter de 12.5 mm.

2/ Une fois à leurs positions de travail, il faut aligner tout le monde par rapport au M2 et au M3. Chaque segment est déplacé de façon à donner un mouvement d’ensemble au M1 (piston, tip, tilt).

3/ Ensuite on fait du ‘stacking’. C’est-à-dire que chaque segment est positionné de façon à ce que les 18 images d’une étoile soit a la même place sur le détecteur.

4/ Puis on fait du ‘phasing’. Il faut que non seulement toutes les images soient à la même place mais en plus la surface du miroir soit ‘cohérente’, sinon la PSF du machin, ou son Strehl, est ras les pâquerettes. Là il faut positionner les segments à des fractions de longueur d’onde, il faut des résolutions nanométriques (en fait 10 nm pour JWST).

 

Une illustration ci-dessous. A gauche (de la figure de droite) les segments sont 'stackés'. Une seule image d’étoile mais Strehl pourri. A droite après mise en phase, on obtient la PSF d'une vraie optique, cohérente 

 

 

5/ Ce Phasing doit être maintenu en opération. Toutes les une à deux semaines, il faut contrôler le phasage et le réajuster si nécessaire. Rien n’est stable aux échelles nanométriques.

La mesure de position relative des segments pour Phasing est faite en ‘star test’ avec des wavefront sensors, mais c’est une autre histoire....

 

Donc il nous faut des actuateurs:

- de grande course (spécification 20 mm),

- avec une précision de 10 nm ou moins,

- qui bossent soit à température ambiante soit en cryo à 35K,

- fiables pour une durée de vie d'au moins 10 ans une fois là haut (après JWST n'a plus de fuel  ).  

 

Sortez vos cahiers, vous avez deux heures. La calculette est autorisée  

[starjack 1 715]

Il y a 13 heures, Cay2 a dit :

A droite le chef de projet (moi) tout content de ses délires optomécaniques.

 

 

 

Une vraie machine à remonter le temps  ce JWST !

[pierre_charpentier 184]

Hello,

 

Merci à tous pour ce fil passionnant ..

 

Je me trompe ou sur la vidéo qui montre la fabrication du miroir depuis la mine jusqu'au miroir fini on aperçoit "plein" de panneaux solaires fixés sous le pare soleil ?

 

Je trouvais que le petit panneau déployé juste après la séparation faisait rikiki mais si c'est bien ça je comprends mieux ..

 

Pierre