Les masses d’épreuve de LISAPathfinder libérées : une étape majeure franchie

Les cieux de la gravitation semblent être propices ces jours-ci. Alors que la collaboration LIGO annonçait la découverte des ondes gravitationnelles, l’équipe de LISAPathfinder effectuait une manipulation difficile : la libération des deux masses d’épreuve qui s’est déroulée avec succès ce matin.

Freely_Floating_in_space

Laissez moi vous expliquer ce que cache le communiqué de presse policé de l’ESA, et pourquoi tous les membres du projet eLISA étaient soulagés et joyeux aujourd’hui. En effet, comme vous pouvez le constater dans le Tweet ci-dessous à la réaction de Stefano Vitale, le scientifique responsable de la mission, et de César García, le Chef de Projet.

 

LISAPathfinder teste le principe de base derrière la mission eLISA: celle-ci doit pouvoir mesurer les variations de distance entre deux masses d’épreuve qui ne sont soumises qu’à la gravitation, en d’autres mots qui flottent librement dans le cosmos. Ces masses d’épreuve sont de petits cubes en alliage or-platine de 46 mm de côté.

©CGS SpA

Masse d’épreuve ©CGS SpA

Pendant la phase expérimentale, les masses flottent dans un habitacle, appelé boitier d’électrode. Grâce à ces électrodes, le satellite contrôle en permanence la position de la masse d’épreuve et met en route ses micropropulseurs externes afin de changer sa propre position et de se repositionner pour que les cubes restent au centre de leur boitier. De cette façon, le satellite protège les masses d’épreuve des perturbations externes.

Mais il y a une difficulté : alors que la masse d’épreuve flotte une fois arrivée à destination, elle doit être solidement arrimée pendant le lancement : sinon de fortes vibrations la secoueraient dans son habitacle, ce qui pourrait provoquer des dommages irréparables.

 

(c) University of Trento

Electrode housing © University of Trento

Et c’est là un problème d’ingénierie très délicat, qui a donné des cauchemars à l’équipe de l’ESA (et, dans un premier temps à la NASA) : il était connu de tous dans la mission comme « le tristement célèbre mécanisme de mise en cage». Comment libérer la masse d’épreuve une fois que vous l’avez bloquée? La difficulté est que, une fois fermement tenue, la masse d’épreuve adhère aux doigts métalliques qui la maintiennent. Mais il faut la relâcher très doucement, car on ne peut exercer que d’infimes forces dessus.

La solution finalement adoptée est basée sur une procédure en deux étapes.

Pendant le lancement de LISAPathfinder et les six semaines du voyage vers sa destination, chaque cube était tenu en place fermement par huit « doigts » s’appuyant sur chaque face. Le 3 février, les doigts de compression ont été repliés et une valve ouverte pour permettre aux molécules de gaz présentes autour des cubes de s’évacuer dans l’espace. Chaque cube est resté au milieu de son habitacle tenu par deux tiges poussant dessus en sens inverse.

IEEC© IEEC

Les tiges ont finalement été relâchées d’une masse d’épreuve lundi 15 et de l’autre mardi 16 février, laissant les cubes flotter librement, sans aucun contact mécanique avec le satellite.

Nos congratulations au Chef de Projet, César García, et à toutes les équipes techniques impliquées dans ce succès !

Il faudra attendre encore une semaine avant que les cubes ne soient laissés complètement à la merci de la gravité, sans aucune autre force agissant sur eux. Avant cela, des forces électrostatiques infimes sont appliquées pour que les cubes se déplacent en suivant le satellite dans son vol légèrement perturbé par des forces extérieures comme la pression de la lumière du soleil.

Le 23 février, l’équipe passera LISAPathfinder en mode scientifique pour la première fois, et réalisera l’inverse : les cubes seront alors en chute libre et le satellite commencera à détecter tout mouvement par rapport à eux qui serait dû à des forces externes. Les micropropulseurs donneront des poussées infimes afin de garder le vaisseau spatial centré sur une masse.

Le mot final revient à Stefano Vitale : « En libérant les masses d’épreuve de LISAPathfinder, nous avons franchi une autre étape en astronomie des ondes gravitationnelles durant ce mois mémorable : les masses-test sont, pour la première fois, suspendues en orbite et peuvent maintenant être soumises à des mesures ».

Pierre Binétruy

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