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Des chercheurs utilisent du xénon liquide purifié pour rechercher de mystérieuses particules de matière noire

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Des chercheurs utilisent du xénon liquide purifié pour rechercher de mystérieuses particules de matière noire

Système de purification au xénon de SLAC. Chacune des deux colonnes centrales est remplie de près d’une demi-tonne de charbon, qui est utilisée pour produire du xénon ultra-pur pour l’expérience de matière noire LUX-ZEPLIN (LZ). Crédit : Jacqueline Ramsir Orel/Laboratoire national des accélérateurs SLAC

Situé à un mile sous terre dans une mine d’or abandonnée du Dakota du Sud, un cylindre géant contient 10 tonnes de xénon liquide purifié et est surveillé de près par plus de 250 scientifiques du monde entier. Ce réservoir au xénon est le cœur de LUX-ZEPLIN (LZ) Une tentative de découverte de la matière noire – la substance mystérieuse et invisible qui compose 85% de la matière dans l’univers.


« Les gens cherchaient matière noire Depuis plus de 30 ans, personne n’a encore eu de découverte convaincante, a déclaré Dan Akrip, professeur de physique des particules et d’astrophysique au Laboratoire national des accélérateurs SLAC du Département de l’énergie (DOE). Mais avec l’aide de scientifiques, d’ingénieurs et de chercheurs du monde entier, Akrip et ses collègues ont fait de l’expérience LZ l’un des détecteurs de particules les plus sensibles de la planète.

Pour arriver à ce point, les chercheurs du SLAC se sont appuyés sur leur expérience de travail avec les nobles liquides – les formes liquides des gaz nobles tels que xénon– Y compris le développement de techniques utilisées pour purifier les nobles liquides eux-mêmes et de systèmes de détection d’obscurité rare publier interactions au sein de ces fluides. Ce que les chercheurs ont appris aidera non seulement la recherche de matière noire, a déclaré Akrip, mais également d’autres expériences à la recherche de processus de physique des particules rares.

« Ce sont des mystères vraiment profonds de la nature, et cette confluence de la compréhension de ce qui est si grand et si petit en même temps est très excitante », a déclaré Akrip. « Il est possible que nous puissions apprendre quelque chose de complètement nouveau sur la nature. »

La recherche de matière noire dans les profondeurs de la terre

Le principal candidat actuel pour la matière noire est une interaction faible entre des particules massives, ou WIMPs. Cependant, comme l’acronyme l’indique, les WIMP n’interagissent guère avec la matière ordinaire, ce qui les rend très difficiles à détecter, malgré le fait que beaucoup d’entre elles nous passent en théorie tout le temps.

Pour relever ce défi, l’expérience LZ s’est d’abord enfoncée profondément dans l’ancienne mine d’or Homestake, qui est maintenant le Sanford Underground Research Facility (SURF) à Leed, dans le Dakota du Sud. Là, l’expérience est bien protégée du bombardement constant de rayons cosmiques à la surface de la Terre – une source de bruit de fond qui peut rendre la matière noire difficile à trouver difficile à capter.

Cependant, trouver de la matière noire nécessite un détecteur sensible. Pour cette raison, les scientifiques se tournent vers les gaz nobles, qui sont également connus pour leur réticence à réagir avec quoi que ce soit. Cela signifie qu’il y a très peu d’options pour ce qui pourrait se passer lorsqu’une particule de matière noire, ou WIMP, interagit avec un atome de gaz noble, de sorte que les scientifiques ont moins de chances de manquer une interaction déjà difficile à trouver.

Mais quel noble ? Il s’avère que « le xénon est un noble particulièrement bon pour détecter la matière noire », a déclaré Akrip. Akrip a expliqué que la matière noire interagit fortement avec les noyaux et que l’interaction devient plus forte avec la masse atomique d’un atome. Par exemple, les atomes de xénon sont légèrement plus de trois fois plus lourds que les atomes d’argon, mais on s’attend à ce qu’ils aient des interactions avec la matière noire dix fois plus fortes.

Un autre avantage : « Une fois que les autres contaminants sont filtrés du xénon liquide, il sera très silencieux par lui-même », a déclaré Akrip. En d’autres termes, il est peu probable que la désintégration radioactive naturelle du xénon empêche la détection des interactions entre les WIMP et les atomes de xénon.

Uniquement du xénon, s’il vous plaît

L’astuce, a déclaré Akrib, est d’obtenir du xénon pur, sans lequel tous les avantages du gaz noble sont discutables. Cependant, les gaz nobles purifiés ne sont pas facilement disponibles – et le fait qu’ils ne réagissent pas avec grand-chose signifie également qu’ils sont généralement très difficiles à séparer les uns des autres. Et « Malheureusement, vous ne pouvez pas acheter un purificateur d’air standard pour purifier l’eau gaz noblesdit Akrib.

Akrip et ses collègues du SLAC ont donc dû trouver un moyen de purifier tout le xénon liquide dont ils avaient besoin pour le réactif.

Le plus gros contaminant du xénon est le krypton, qui est le deuxième gaz rare le plus léger et possède un isotope radioactif, qui pourrait masquer les réactions que les chercheurs recherchent déjà. Pour empêcher le krypton de devenir un détecteur de particules kryptonite, Akrip et ses collègues ont passé plusieurs années à perfectionner une technique de purification du xénon en utilisant ce qu’on appelle la chromatographie gazeuse au charbon. L’idée de base est de séparer les composants d’un mélange basé sur propriétés chimiques Où le mélange est transporté à travers une sorte de milieu. La chromatographie gazeuse sur charbon utilise de l’hélium comme gaz porteur pour le mélange et du charbon comme milieu de séparation.

« Vous pouvez considérer l’hélium comme une brise régulière à travers le charbon », a expliqué Akrib. « Chaque atome de xénon et de krypton passe une partie du temps collé au charbon et un autre temps non lié. Lorsque les atomes sont à l’état non collé, ils sont balayés par une brise d’hélium dans le puits. » Les atomes des gaz nobles sont d’autant moins visqueux qu’ils sont petits, ce qui signifie que le krypton est un peu moins visqueux que le xénon, il est donc éliminé par la « brise » d’hélium antiadhésive, séparant ainsi le xénon du krypton. Les chercheurs pourraient alors capturer le krypton, le jeter, puis récupérer le xénon, a déclaré Akrip. « Nous avons fait cela pour quelque chose comme 200 bouteilles de gaz xénon – c’était un assez gros disque. »

L’expérience LZ n’est pas la première dans laquelle le SLAC a été impliqué dans la recherche d’une nouvelle physique utilisant le xénon. L’expérience de l’observatoire enrichi au xénon (EXO-200), qui s’est déroulée de 2011 à 2018, a isolé un isotope spécifique du xénon pour rechercher un processus appelé désintégration double bêta sans neutrinos. Les résultats de l’expérience ont indiqué que le processus est incroyablement rare, mais la nouvelle recherche proposée appelée Next EXO (nEXO) continuera à rechercher avec un détecteur similaire à LZ.

Différents type de réseau électrique

Quel que soit le liquide noble qui remplit le détecteur, un système de détection complexe est essentiel si les scientifiques espèrent trouver quelque chose comme la matière noire. au-dessus et au-dessous de la tour xénon liquide Pour l’expérience LZ, il existe de grands réseaux à haute tension qui créent des champs électriques dans le détecteur. Si une particule de matière noire entre en collision avec un atome de xénon et frappe des électrons, elle libérera certains des électrons de l’atome et créera séparément un éclat de lumière qui peut être détecté par des photodétecteurs, a récemment expliqué Ryan Linehan, Ph.D. . Diplômé du groupe LZ du SLAC qui a participé au développement des réseaux haute tension. Les champs électriques qui traversent le détecteur puis poussent électrons libres Il atteint une fine couche de gaz au sommet du cylindre où ils créent un deuxième signal optique. « Nous pouvons utiliser ce deuxième signal avec le signal d’origine pour apprendre beaucoup d’informations sur l’emplacement, l’énergie, le type de particules, etc. », a déclaré Linehan.

Mais ce ne sont pas vos réseaux électriques moyens – ils transportent des dizaines de milliers de volts, et ils sont si élevés que tout morceau microscopique de poussière ou de débris sur le treillis métallique peut provoquer des réactions spontanées qui arrachent les électrons du fil lui-même, a déclaré Linehan. . « Et ces électrons peuvent créer des signaux similaires aux électrons provenant du xénon », masquant ainsi les signaux qu’ils tentent de détecter.

Linehan a déclaré que les chercheurs ont trouvé deux moyens principaux de réduire les risques d’obtenir de faux signaux des réseaux. Tout d’abord, l’équipe a utilisé un processus chimique appelé passivation pour éliminer le fer de la surface des fils de treillis, laissant une surface riche en chrome qui réduit la tendance du fil à émettre des électrons. Deuxièmement, pour éliminer toutes les particules de poussière, les chercheurs ont pulvérisé soigneusement les grilles avec de l’eau déionisée – et très soigneusement – juste avant l’installation. « Ensemble, ces processus nous ont aidés à amener les réseaux dans un état où nous pouvons réellement obtenir des données claires », a-t-il déclaré.

Publier sa propre équipe LZ premiers résultats En ligne début juillet, après avoir poussé encore plus loin la recherche de matière noire.

Linehan et Akrip se sont dits impressionnés par ce que la collaboration mondiale de LZ a pu accomplir. « Ensemble, nous apprenons quelque chose de fondamental sur l’univers et la nature de la matière », a déclaré Akrip. « Nous venons de commencer. »

Les efforts de LZ au SLAC sont dirigés par Akrip, avec Maria Elena Monzani, scientifique principale au SLAC et directrice adjointe des opérations de LZ pour l’informatique et les logiciels, et Thomas Schott, qui était le conférencier fondateur de la collaboration LZ.


Une équipe mondiale de scientifiques a terminé l’assemblage de la prochaine génération de détecteurs de matière noire


la citation: Des chercheurs utilisent du xénon liquide purifié pour rechercher de mystérieuses particules de matière noire (15 septembre 2022) Extrait le 15 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-purified-l Liquid-xenon-mysterious-dark. html

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Le chef de l’Agence spatiale américaine veut parler avec la Chine des débris spatiaux

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Le chef de l’Agence spatiale américaine veut parler avec la Chine des débris spatiaux

29 août 2024

Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.

Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.

« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »

L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.

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Missile Longue Marche 6 modifié. Image de la China Aerospace Science and Technology Corporation

Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.

« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.

Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.

Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.

« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »

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Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.

« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »

En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.

« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.

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À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides

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À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides

Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP

Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.

Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».

Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.

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Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.

Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg

Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694

Astrobiologie

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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.

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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.

La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.

après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.

Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.

Une image à exposition temporelle capture la trajectoire enflammée d'une fusée Falcon 9 alors qu'elle s'éloigne de la station spatiale de Cap Canaveral tôt mercredi pour un vol visant à déployer 21 satellites Internet Starlink.
Une image à exposition temporelle montre la trajectoire enflammée d’une fusée Falcon 9 alors qu’elle s’éloignait de la station spatiale de Cap Canaveral tôt mercredi pour un vol visant à déployer 21 satellites Internet Starlink. Cette photo a été prise depuis le Pad 39A du Kennedy Space Center voisin, où la mission Polaris Dawn attend son lancement sur un vol commercial comportant la première sortie dans l’espace non gouvernementale. Ce vol est désormais suspendu dans l’attente d’une enquête sur les raisons pour lesquelles le premier étage d’une fusée Starlink s’est brisé lors de l’atterrissage sur un drone SpaceX au large des côtes.

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La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.

« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.

« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.

Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.

L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.

L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.

Une caméra montée sur le premier étage d'une fusée Falcon 9 a capturé une vue du drone
Une caméra montée sur le premier étage d’une fusée Falcon 9 a capturé une vue du « manque de gravité » du drone quelques instants avant l’atterrissage. Une caméra sur le drone montre le pont d’atterrissage éclairé par les gaz d’échappement de la fusée alors qu’elle s’approche du navire.

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Au moment de l'atterrissage, un incendie s'est déclaré et l'une des jambes d'atterrissage s'est effondrée.
Au moment de l’atterrissage, un incendie s’est déclaré et l’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée.

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Le missile est ensuite tombé dans l'océan Atlantique.
Le missile est ensuite tombé dans l’océan Atlantique.

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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »

Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.

Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.

« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »

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