Le satellite

D'une masse de 6,2 tonnes, le télescope spatial Webb est doté d'un miroir primaire de 6,5 mètres de diamètre (contre 2,4 mètres pour Hubble) : il peut collecter une image 9 fois plus rapidement que Hubble.

Webb dispose d'un pare-soleil de la taille d'un court de tennis (de 22 mètres de long sur 11 mètres de large) pour le protéger de notre étoile. Il est composé de cinq couches très fines de matériaux extrêmement réfléchissants, du kapton recouvert d’aluminium. Cette incroyable structure permet de maintenir le miroir du télescope à l’ombre, à des températures avoisinant les -223 °C (50 K). Certains des instruments à bord ont même besoin d’un refroidissement actif pour descendre jusqu’à -266°C (7 K) comme MIRI.

Webb a également réalisé des défis technologiques dont les trois premiers sont :

• 1^er miroir déployable dans l’espace et plus grand télescope dans l’espace
• 1^er spectrographe multi-objets (MOS) dans l’espace grâce à l’instrument NIRSPEC
• 1^er coronographe à masque de phase dans l’espace avec l’instrument MIRI

Il est composé de 4 éléments principaux :

• la plateforme pour le maintien de l'orbite et de l'attitude, la gestion de l'énergie, de la température, et des données et pour assurer les communications internes au à Webb ainsi qu'avec la Terre,
• le bouclier solaire pour protéger Webb de la lumière du Soleil et de sa chaleur,
• le télescope pour recevoir et distribuer la lumière aux différents instruments,
• la "charge utile" nommée ISIM (Integrated Science Instrument Module) où sont intégrés les 4 instruments derrière le miroir primaire.

La plateforme est l'élément central de Webb, elle comprend la structure principale, les panneaux solaires pour générer l'énergie, les propulseurs et les réservoirs à carburant pour contrôler l'orbite et le pointage, les antennes pour recevoir les télécommandes et renvoyer les données techniques et scientifiques, l'électronique et le logiciel de vol pour exécuter toutes les opérations planifiées. De plus, la plateforme inclut un système de refroidissement pour faire fonctionner MIRI à 7 K.

Une partie importante de la gestion de la température est réalisée par l'orientation du bouclier solaire. Il est dirigé face au Soleil, à la Terre et à la Lune, 3 sources de lumière qui peuvent chauffer Webb et perturber la lumière infrarouge collectée par le télescope. 

Le télescope comprend 2 miroirs : le miroir primaire non repliable collecte la lumière céleste avec ses 6,5 m de diamètre. Lancé replié, il est constitué de 18 éléments hexagonaux qui doivent s'imbriquer avec une très grande précision. Le miroir secondaire concentre la lumière du miroir primaire et la distribue aux instruments de l'ISIM.

Les instruments

L'ISIM est composé de 4 instruments principaux :

• MIRI (Mid-InfraRed Instrument) combine une caméra moyen infrarouge (1,4' x 1,9') (MIRIM) et un spectromètre (R~3000) couvrant les longueurs d'ondes 5 - 28 µm.
• NIRCam (Near-InfraRed CAMera) est une caméra proche infrarouge large champs (2,2' x 4,4') couvrant les longueurs d'ondes 0,6 - 5 µm.
• NIRSpec (Near-InfraRed SPECtrograph) est un spectromètre proche infrarouge multi-objet à large champ (3,5' x 3,5') couvrant les longueurs d'ondes 0,6 - 5 µm aux résolutions spectrales de R~100, R~1000 et R~3000.
• NIRISS (Near-InfraRed Imager and Sliteless Spectrograph) est un instrument secondaire associé au système de guidage fin (FGS) mais il est indépendant de celui-ci. Il s’agit d’un spectro-imageur permettant de réaliser des spectres et des images avec la bande spectrale couvrant les longueurs d’ondes 0,6-5 µm.

De plus, le système de guidage fin inclut un filtre imageur proche infrarouge réglable couvrant les longueurs d'ondes de 0,6 à 5 µm.

L’instrument MIRI

L’instrument MIRI est composé de 2 instruments indépendants :

• MIRIM, imageur spectrographe de basse résolution et coronographe
• MRS, spectrographe de moyenne résolution à intégrale de champs

Un miroir d'entrée en face du plan focal du Webb OTE (Optical Telescope Element) dirige le champ de vue MIRI vers l'imageur MIRIM. Un petit miroir de repli adjacent au chemin optique de l'imageur extrait le petit champ de vue du spectromètre (8 x 8 arcsec). Un second miroir de repli dans le chemin optique du spectromètre est utilisé pour sélectionner soit la lumière du télescope, soit celle du système de calibration de MIRI.

Le module imageur MIRIM a un champ de vue combiné pour le mode imageur et le mode coronographe / spectromètre basse résolution. Les masques du coronographe sont fixés sur un bord du champ de l'imageur. La lumière est collimatée et, sur l'image formée par la collimation au niveau de la pupille, une roue porte-filtres porte les filtres de l'imageur, le masque Lyot et les filtres du coronographe, ainsi qu'un prisme double pour la spectroscopie basse résolution à 5-10 µm. Une caméra réalise ensuite une image du champ du spectre sur un seul détecteur de 1k x 1k.

Le module spectromètre moyenne résolution est partagé en un spectromètre courte longueur d'onde (5 à 12 µm) et un spectromètre grande longueur d'onde (12 à 28 µm) chacun couvrant 2 des 4 canaux des longueurs d'ondes séparés par des dichroïques. Chaque canal consiste en une Unité de Champ Intégral dont la sortie est collimatée puis dispersée par un réseau dédié de diffraction de premier ordre. Les spectres des paires d'UCI sont ensuite combinés par deux caméras sur des détecteurs 1k x 1k. L'optique du spectromètre se décompose de façon simple en deux sous-systèmes - une Pré-Optique du Spectromètre qui consiste en un système de dichroïques et de séparateurs d'image avec les miroirs de repli et ré-imageurs, et une Optique Principale du Spectromètre qui consiste en un réseau et le système de caméra pour les deux spectromètres.

L’imageur MIRIM

L'imageur de l’instrument MIRIM est conçu pour travailler à 7 K dans trois modes principaux :

• le mode imageur qui requiert de filtrer la lumière en fonction de la longueur d'onde,
• le mode coronographique qui requiert des masques dans le plan focal et dans le plan de la pupille,
• le mode stéréoscopique qui requiert une fente dans le plan focal et un élément de dispersion.

Ainsi l'imageur est principalement composé des sous-ensembles suivants :

• la structure qui maintien tous les éléments,
• la roue porte-filtres avec les filtres et les masques de la pupille (pour la coronographie), un cryo-mécanisme pour sa rotation et un cliquet pour fixer sa position,
• les masques du plan focal (pour la coronographie),
• 2 miroirs pour la collimation et 3 miroirs pour les objectifs anastigmatiques TMA (Three Mirror Anastigmatic) qui conduisent la lumière sur les détecteurs.

Le mode coronographique utilise un masque Lyot classique fonctionnant à la longueur d'onde de 23 µm et 3 masques 4QPM (Four Quadrant Phases Masks) fonctionnant à 10,6 µm, 11,4 µm et 15,5 µm.

Le champ de vue correspond à approximativement à 2,5 arcmin² sur la voute céleste.

Segment sol

En 2021, le dispositif de sauvegarde de la base de Kourou s’est enrichi d’un équipement de dernière génération avec le radar Amazonie.