История «Хаббла»: как ослепло «космическое око» Земли

0

С 27 сентября «Хаббл» не передает на Землю никакой информации – на его борту отказала большая часть оборудования. Ремонтная миссия к находящемуся в аварийном состоянии телескопу в который раз перенесена: на этот раз NASA заявляет, что шаттл «Атлантис» с шестью астронавтами на борту должен стартовать 12 мая…

«Хаббл» имеет долгую историю поломок и ремонтов. В том, что отдельные элементы сложного устройства, обращающегося в космосе без постоянного технического обслуживания (по крайней мере, без достаточно частого технического обслуживания), иногда выходят из строя, нет ничего удивительного. Но в случае с «Хабблом» имели место поломки, связанные не с износом деталей, а, скажем так, с человеческим фактором.

Немного истории. Кто виноват?

Еще до своего появления телескоп «Хаббл» был единственным в своем роде. Основным преимуществом этого телескопа перед земными аналогами должно было стать его расположение. «Хаббл» обращается вокруг Земли по орбите, высота которой составляет 589 километров. Отсутствие земной атмосферы позволяет «Хабблу» видеть значительно дальше своих «собратьев». Излучение космических объектов, проходя через окружающую Землю газовую оболочку, искажается и частично поглощается ею. Земная атмосфера почти полностью прозрачна для излучения только в двух диапазонах длин волн: оптическом и радиодиапазоне. Значительная часть ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения (которое существенно более информативно, чем оптическое и радиоизлучение, когда речь идет о космосе) не достигает оптики наземных телескопов.

Кроме выгодной позиции, «Хаббл» должен был обеспечивать недоступные до сих пор результаты благодаря высокоточной оптике. Чтобы итоговое разрешение телескопа соответствовало заданному, необходимо очень точно воспроизвести геометрические параметры зеркал. Одной из важнейших деталей оптической системы телескопа является так называемое главное зеркало. Главное зеркало «Хаббла» было рассчитано с ювелирной точностью.

Однако первые снимки, сделанные с помощью орбитального телескопа, разочаровали ученых. Их разрешение было выше, чем у наземных «коллег», однако до расчетного ему было очень далеко. Анализ фотографий показал, что «виновником» низкого качества снимков является именно главное зеркало. Его края были слишком плоскими. И хотя отклонение от «идеала» составило всего два микрометра (микрометр – одна миллионная метра), «Хаббл» стал «инвалидом». Свет, попадающий на края главного зеркала телескопа стоимостью несколько десятков миллионов долларов, отражался не в ту же точку, что свет, попадающий в центр зеркала. Такой дефект называется сферической аберрацией, и он хорошо знаком любителям фотографии.

Расследование показало, что причиной несоответствия теории и практики стала ошибка техника, изготовлявшего прибор, с помощью которого как раз и определяется, насколько форма «реального» зеркала соответствует форме «идеального». Одна из линз этого прибора оказалась сдвинута на 1,3 миллиметра, и он показывал, что зеркало «Хаббла» имеет верную форму. При этом два дополнительных прибора, используемых для гарантии, показали, что зеркало неидеально. Однако представители компании Perkin-Elmer, которая должна была изготовить зеркало, положились на показания основного прибора.

33 несчастья одного телескопа

Помимо выяснения причин неудовлетворительных результатов и отношений с компанией-изготовителем, NASA (и европейское космическое агентство (ESA) – «Хаббл» является их совместным проектом) занялось поиском способов исправить ситуацию. «Пассивный» вариант устранения дефекта главного зеркала предполагал снижение чувствительности телескопа. Если посылать на камеры свет, отраженный только от центральной части зеркала (форма которой соответствовала проектной), а потом «подправлять» полученные изображения на компьютере, то можно получить изображения приемлемого качества. Однако при таком способе теряется до 80% «увиденного» телескопом света.

Самый очевидный «активный» вариант – спустить «Хаббл» на Землю и заменить главное зеркало – был отвергнут как неоправданно дорогой. Вариант снять дефектное главное зеркало и поставить вместо него новое прямо на орбите был технически неосуществим. В итоге, было решено остановиться на третьей возможности – надеть телескопу очки. Зная, в чем причина недостаточного разрешения оптики «Хаббла», инженеры смогли рассчитать параметры дополнительной насадки, которая этот дефект устраняет.

Корректирующий модуль получил название COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Он представлял собой систему зеркал, с помощью которых изменялась фокусировка отраженного от главного зеркала света. Изготовление блока корректирующей оптики обошлось налогоплательщикам (ведь NASA и ESA – это федеральные агентства) в 50 миллионов долларов.

Ремонт телескопа был проведен во время первой космической экспедиции по обслуживанию «Хаббла». Заодно с установкой блока COSTAR астронавты должны были поменять широкоугольную/планетарную камеру, с помощью которой телескоп делает «панорамные» фотографии космоса, на улучшенную модель. Также астронавты должны были установить на телескоп другую систему, управляющую движением батарей, четыре гироскопа, обновить электронную «начинку» «Хаббла» и поменять еще часть систем «по мелочи». Когда шаттл «Индевор» подлетел к телескопу, экипаж обнаружил, что у него сломана одна из солнечных батарей, но их в любом случае планировалось заменить.

Все запланированные ремонтные работы потребовали пяти длительных выходов в космос. Один из ремонтников с шаттла «Индевор», Джеффри Хоффман, так описал основные правила, которым астронавтам необходимо следовать во время починки телескопа: «Правило номер один: не повредите сами себя. Номер два: ради бога, не сломайте что-нибудь из того, что еще не сломано».

Все пять выходов в космос прошли нормально, и в 1993 году «Хаббл» наконец-то обрел нормальное «зрение».

В 1997, 1999 и 2002 годах были проведены еще три ремонтные экспедиции, во время которых астронавты меняли установленные на телескопе приборы на более совершенные модели, снимали с телескопа вышедшую из строя технику и устанавливали новую. Самыми хрупкими приборами телескопа оказались гироскопы – устройство для измерения углов, благодаря которым «Хаббл» ориентируется в пространстве. Каждая экспедиция продлевала срок службы телескопа и делала его более устойчивым к космической «непогоде».

Что случилось на этот раз, почему NASA снова решило перенести пятый полет к «Хабблу», и что инженеры пытаются сделать с Земли?

О пользе запасов

Дату старта пятой, плановой ремонтной экспедиции откладывали несколько раз. Сначала было объявлено, что шаттл «Атлантис» отправится на орбиту 14 октября. Экипаж должен был совершить 5 выходов в открытый космос, заменить гироскопы, солнечные батареи, поменять широкоугольную камеру на усовершенствованный аналог, установить новый спектрограф (с помощью которого астрономы надеются изучить, как во Вселенной происходит формирование больших объектов) и починить два сломавшихся прибора. Чтобы выполнить все эти непростые операции на орбите, астронавты долго тренировались на учебной модели «Хаббла» на Земле (это обычная практика, которая позволяет существенно уменьшить риск при работах в открытом космосе).

Кстати, эта миссия «Атлантиса» должна была стать одной их самых опасных за всю историю шаттлов. Угрозу для челнока представляет космический мусор, количество которого увеличивается со временем. В основном, он состоит из останков спутников – большинство из них обращаются по орбитам, высоты которых близки к высоте орбиты «Хаббла». При полете к МКС, которая находится на высоте около 240 километров над Землей, вероятность столкновения с мусором составляет 1:300. Во время визита к телескопу, высота орбиты которого, напомним, составляет 598 километров, этот параметр возрастает до 1:180. Несмотря на кажущиеся небольшими цифры, столкновение с космическим мусором – вполне реальное (и потенциально очень опасное) событие. В начале октября 2008 года коррекция орбиты МКС была отложена именно из-за мусора.

Но «Атлантису» не пришлось испытать свою удачу. В ночь с 27 на 28 сентября у телескопа вышел из строя блок, отвечающий за хранение, форматирование и передачу данных.

Теперь, чтобы заставить «Хаббл» работать, команда «ремонтников» должна была поменять и этот блок. Правда, инженеры, проектировавшие многомиллионный телескоп, предусмотрели наличие в нем запасного блока. Для того чтобы перевести весь поток данных на запасной блок, необходимо было ввести «Хаббл» в режим безопасности (фактически, временно отключить его). Специалисты даже приступили к «перепрограммированию» телескопа в режиме 24/7, передавая соответствующие команды с Земли. Однако попытки дистанционно отремонтировать телескоп не привели к успеху – при попытке запуска запасного блока выяснилось, что тот неисправен. Так как до сих пор система обработки и передачи данных работала без перебоев, последний раз его включали почти 20 лет назад. Причем на Земле. По словам управляющего проектом «Хаббл» Престона Берча, блок проверялся в последний раз 1999 и 2000 годах, и в его работе были обнаружены неполадки. За 8 лет они так и не были исправлены.

В итоге, как заключили специалисты, в штатном режиме самый большой телескоп в мире начнет функционировать лишь после планового ремонта, который должен выполнить экипаж «Атлантиса». Однако на тренировку астронавтам нужно время, поэтому запуск шаттла было решено отложить сначала до февраля, а теперь и вовсе до мая 2009 года.

Все путем!

Однако, чтобы у читателя не сложилось превратного мнения о «Хаббле», оговоримся, что поломки и неисправности в таких сложных устройствах неизбежны. С одной стороны, космос – хорошее место для хранения приборов. В нем нет воздуха, поэтому устройства не страдают от трения. Но с другой стороны, в отсутствие земной атмосферы все элементы телескопа подвергаются воздействию жесткого излучения и резких перепадов температур. Особенно, когда устройства находятся на высоте 600 километров от Земли.

«Хаббл» стал одним из самых успешных космических проектов человечества. С его помощью астрономы получили беспрецедентное количество информации о космосе. Трудно назвать какой-либо раздел астрофизики, в котором данные «Хаббла» не помогли бы что-то прояснить, уточнить, открыть.

Другое дело, что некоторых трудностей можно было бы легко избежать, всего лишь более тщательно проверяя результаты работы. Будем надеяться, что разработчики нового телескопа имени Джеймса Уэбба, который должен в 2013 году прийти на смену «Хабблу», учтут опыт своих предшественников.

Подготовила Мирослава Наумова
по материалам Lenta.ru, «Взгляд»

Поделиться.

Комментарии закрыты