Telescopul spațial Hubble | |
---|---|
Engleză Telescopul spațial Hubble | |
| |
Organizare | NASA / ESA |
Gama de valuri | 0,11 - 2,4 microni ( ultraviolet , vizibil , infraroșu ) |
ID COSPAR | 1990-037B |
ID NSSDCA | 1990-037B |
SCN | 20580 |
Locație | in spatiu |
Tipul orbitei | orbita terestră joasă , aproape de circulară [1] |
Altitudinea orbitei | O.K. 545 km [1] |
Perioada de circulatie | 96-97 min [1] |
Viteza orbitală | O.K. 7500 m/s [1] |
Accelerare | 8.169 m/s² |
Data lansării |
24 aprilie 1990 12:33:51 UTC [2] Durata zborului 32 ani 6 luni 10 zile |
Site de lansare | Capul Canaveral |
Lansator orbital | "Descoperire" |
Data dezorbitei | după 2030 [3] |
Greutate | 11 t [4] |
tip telescop | Telescopul reflectorizant al sistemului Ritchey-Chrétien [4] |
Diametru | 2,4 m [5] |
Suprafața de colectare |
O.K. 4,5 m² [6] |
Distanta focala | 57,6 m [4] |
instrumente științifice | |
cameră/spectrometru în infraroșu [7] | |
|
cameră de observare optică [7] |
|
cameră pentru observații într-o gamă largă de valuri [7] |
|
spectrometru optic/camera [7] |
|
spectrograf ultraviolet [7] |
|
trei senzori de navigație [7] |
Logo-ul misiunii | |
Site-ul web | http://hubble.nasa.gov https://hubblesite.org https://www.spacetelescope.org |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Telescopul spațial Hubble ( HST ; Telescopul spațial Hubble în engleză , HST ; codul observatorului „250” ) este un observator ( telescop ) automat pe orbită în jurul Pământului , numit după astronomul american Edwin Hubble . Hubble este un proiect comun între NASA și Agenția Spațială Europeană [2] [4] [8] și este unul dintre Observatoarele Mari ale NASA [9] . Lansat la 24 aprilie 1990 .
Plasarea unui telescop în spațiu face posibilă înregistrarea radiațiilor electromagnetice în intervalele în care atmosfera terestră este opaca; în primul rând în domeniul infraroșu . Din cauza absenței influenței atmosferei, rezoluția telescopului este de 7-10 ori mai mare decât cea a unui telescop similar situat pe Pământ [10] .
Mențiunea conceptului de telescop orbital superior instrumentelor de la sol poate fi găsită în cartea lui Hermann Oberth „Rocket to interplanetary space” ( Die Rakete zu den Planetenräumen ), publicată în 1923 [11] .
În 1946, astrofizicianul american Lyman Spitzer a publicat articolul Astronomical benefits of an extra-terrestrial observatory . Articolul notează două avantaje principale ale unui astfel de telescop. În primul rând, rezoluția sa unghiulară va fi limitată doar de difracție și nu de fluxurile turbulente din atmosferă; la acel moment, rezoluția telescoapelor de la sol era între 0,5 și 1,0 secunde de arc , în timp ce limita teoretică a rezoluției de difracție pentru un telescop orbitant cu o oglindă de 2,5 metri este de aproximativ 0,1 secunde. În al doilea rând, un telescop spațial ar putea efectua observații în domeniul infraroșu și ultraviolet, în care absorbția radiațiilor de către atmosfera terestră este foarte semnificativă [10] [12] .
Spitzer și-a dedicat o mare parte din cariera sa științifică promovării proiectului. În 1962, un raport publicat de Academia Națională de Științe din SUA a recomandat ca dezvoltarea unui telescop orbitant să fie inclusă în programul spațial, iar în 1965 Spitzer a fost numit șef al unui comitet însărcinat cu stabilirea obiectivelor științifice pentru un mare telescop spațial [13]. ] .
Astronomia spațială a început să se dezvolte după sfârșitul celui de-al Doilea Război Mondial, cu mult înainte de lansarea primilor sateliți în orbită. În 1946, spectrul ultraviolet al Soarelui a fost obținut pentru prima dată prin instrumente de pe o rachetă care decolează vertical [14] . Telescopul orbital pentru cercetare solară a fost lansat de Marea Britanie în 1962 ca parte a programului Ariel , iar în 1966 NASA a lansat primul observator orbital OAO - 1 în spațiu [15] . Misiunea a eșuat din cauza defecțiunii bateriei la trei zile după decolare. În 1968 a fost lansat OAO-2, care a făcut observații ale radiațiilor ultraviolete ale stelelor și galaxiilor până în 1972 , depășind semnificativ durata de viață estimată de 1 an [16] .
Misiunile OAO au servit ca o demonstrație clară a rolului pe care l-ar putea juca telescoapele orbitale, iar în 1968 NASA a aprobat un plan de construire a unui telescop reflectorizant cu o oglindă de 3 m diametru.Proiectul a fost denumit provizoriu LST ( Large Space Telescope ). Lansarea a fost planificată pentru 1972. Programul a subliniat necesitatea unor expediții regulate cu echipaj pentru întreținerea telescopului pentru a asigura funcționarea continuă a unui instrument scump. Programul navetei spațiale , care se dezvolta în paralel , dădea speranță pentru obținerea de oportunități adecvate [17] .
Datorită succesului programului OAO , există un consens în comunitatea astronomică că construirea unui mare telescop orbitant ar trebui să fie o prioritate. În 1970, NASA a înființat două comitete, unul pentru studiul și planificarea aspectelor tehnice, al doilea a fost să dezvolte un program de cercetare științifică. Următorul obstacol major a fost finanțarea proiectului, care ar fi costat mai mult decât orice telescop de la sol. Congresul SUA a pus sub semnul întrebării multe dintre articolele din bugetul propus și a redus semnificativ creditele bugetare care implicau inițial cercetare la scară largă a instrumentelor și proiectării observatorului. În 1974 , ca parte a reducerilor bugetare inițiate de președintele Ford , Congresul a anulat complet finanțarea proiectului [18] .
Ca răspuns, astronomii au lansat o campanie masivă de lobby. Mulți astronomi s-au întâlnit personal cu senatori și congresmeni și au existat mai multe trimiteri mari de scrisori în sprijinul proiectului. Academia Națională de Științe a publicat un raport în care sublinia importanța construirii unui mare telescop orbitant și, ca urmare, Senatul a fost de acord să aloce jumătate din bugetul aprobat inițial de Congres [18] .
Problemele financiare au dus la reduceri, printre care principalul a fost decizia de a reduce diametrul oglinzii de la 3 metri la 2,4 metri pentru a reduce costurile și a obține un design mai compact. Proiectul unui telescop cu oglindă de un metru și jumătate, care ar fi trebuit să fie lansat pentru a testa și dezvolta sisteme, a fost și el anulat și s-a luat decizia de a coopera cu Agenția Spațială Europeană . ESA a fost de acord să participe la finanțare, precum și să furnizeze un număr de instrumente și panouri solare pentru observator, în schimbul astronomilor europeni, cel puțin 15% din timpul de observare a fost rezervat [19] . În 1978, Congresul a aprobat o finanțare de 36 de milioane de dolari, iar lucrările de proiectare la scară largă au început imediat după aceea. Data lansării a fost planificată pentru 1983 . La începutul anilor 1980, telescopul a fost numit după Edwin Hubble . .
Lucrările privind construirea telescopului spațial au fost împărțite între multe companii și instituții. Centrul spațial Marshall a fost responsabil pentru dezvoltarea, proiectarea și construcția telescopului, Centrul spațial Goddard a fost responsabil pentru direcția generală a dezvoltării instrumentelor științifice și a fost selectat ca centru de control la sol. Marshall Center a acordat un contract lui Perkin-Elmer pentru proiectarea și fabricarea ansamblului telescopului optic ( OTA ) și a senzorilor de îndreptare fină al telescopului. Lockheed Corporation a primit un contract pentru construirea unei nave spațiale pentru telescop [20] .
Oglinda și sistemul optic în ansamblu au fost cele mai importante părți ale designului telescopului și le-au fost impuse cerințe deosebit de stricte. De obicei, oglinzile telescopului sunt fabricate la o toleranță de aproximativ o zecime din lungimea de undă a luminii vizibile, dar deoarece telescopul spațial a fost destinat observațiilor în intervalul ultraviolet până la infraroșu apropiat, iar rezoluția trebuia să fie de zece ori mai mare decât cea a instrumente de la sol, toleranța de fabricație a oglinzii sale primare a fost setată la 1/20 din lungimea de undă a luminii vizibile sau aproximativ 30 nm .
Compania Perkin-Elmer intenționa să folosească noi mașini CNC pentru a realiza o oglindă cu o formă dată. Kodak a fost contractat să realizeze o oglindă de înlocuire folosind metode tradiționale de lustruire în cazul unor probleme neprevăzute cu o tehnologie nedovedită (o oglindă realizată de Kodak este expusă în prezent la Muzeul Smithsonian [21] ). Lucrările la oglinda primară au început în 1979 folosind sticlă cu un coeficient de dilatare termică ultra-scăzut . Pentru a reduce greutatea, oglinda a constat din două suprafețe - inferioară și superioară, conectate printr-o structură de zăbrele a unei structuri de fagure. .
Lucrările la lustruirea oglinzilor au continuat până în mai 1981 , în timp ce termenele inițiale au fost întrerupte și bugetul a fost depășit semnificativ [22] . Rapoartele NASA din acea perioadă exprimau îndoieli cu privire la competența conducerii lui Perkin-Elmer și capacitatea sa de a finaliza cu succes un proiect de o asemenea importanță și complexitate. Pentru a economisi bani, NASA a anulat comanda oglinzii de rezervă și a amânat data lansării în octombrie 1984 . Lucrările au fost în cele din urmă finalizate până la sfârșitul anului 1981, după aplicarea unui strat reflectorizant de aluminiu de 75 nm grosime și a unui strat protector de fluorură de magneziu de 25 nm grosime [23] [24] .
În ciuda acestui fapt, au rămas îndoieli cu privire la competența lui Perkin-Elmer, deoarece termenele limită pentru finalizarea lucrărilor la componentele rămase ale sistemului optic au fost amânate constant, iar bugetul proiectului a crescut. NASA a descris programul de lucru furnizat de companie ca fiind „incerta și în schimbare zilnic” și a amânat lansarea telescopului până în aprilie 1985 . Cu toate acestea, termenele au continuat să fie ratate, întârzierea crescând în medie cu o lună în fiecare trimestru, iar în etapa finală, aceasta a crescut cu o zi pe zi. NASA a fost nevoită să amâne lansarea de încă două ori, mai întâi în martie și apoi în septembrie 1986 . Până atunci, bugetul total al proiectului a crescut la 1,175 miliarde USD [20] .
O altă problemă dificilă de inginerie a fost crearea unui aparat purtător pentru telescop și alte instrumente. Principalele cerințe au fost protecția echipamentului împotriva fluctuațiilor constante de temperatură atunci când sunt încălzite de lumina directă a soarelui și răcirea în umbra Pământului și, în special, orientarea precisă a telescopului. Telescopul este montat în interiorul unei capsule ușoare din aluminiu, care este acoperită cu izolație termică multistrat pentru a asigura o temperatură stabilă. Rigiditatea capsulei și fixarea dispozitivelor sunt asigurate de cadrul spațial intern din fibră de carbon [25] .
Deși nava spațială a avut mai mult succes decât sistemul optic, Lockheed a rulat, de asemenea, cu puțin întârziere și peste buget. Până în mai 1985, depășirea costurilor a fost de aproximativ 30% din suma inițială, iar restanța din plan a fost de 3 luni. Într-un raport întocmit de Centrul Spațial Marshall , s-a remarcat că compania nu ia inițiativa în realizarea lucrării, preferând să se bazeze pe instrucțiunile NASA [20] .
În 1983 , după o luptă între NASA și comunitatea științifică, a fost înființat Institutul de Știință al Telescopului Spațial . Institutul este operat de Asociația Universităților pentru Cercetare în Astronomie ( AURA) și este situat în campusul Universității Johns Hopkins din Baltimore , Maryland . Universitatea Hopkins este una dintre cele 32 de universități americane și organizații străine care sunt membre ale asociației. Institutul de Știință al Telescopului Spațial este responsabil de organizarea activității științifice și de a oferi astronomilor acces la datele obținute; NASA a vrut să mențină aceste funcții sub controlul său, dar oamenii de știință au preferat să le transfere către instituții academice [26] [27] . Centrul European de Coordonare a Telescopului Spațial a fost înființat în 1984 la Garching , Germania , pentru a oferi facilități similare astronomilor europeni [28] .
Controlul zborului a fost încredințat Centrului de Zbor Spațial Goddard , care este situat în Greenbelt , Maryland , la 48 de kilometri de Institutul de Știință al Telescopului Spațial. Funcționarea telescopului este monitorizată non-stop prin ture de către patru grupuri de specialiști. Suportul tehnic este asigurat de către NASA și companiile de contact prin intermediul Centrului Goddard [29] .
Lansarea telescopului pe orbită a fost inițial programată pentru octombrie 1986 , dar dezastrul Challenger din 28 ianuarie a pus în așteptare programul navetei spațiale pentru câțiva ani, iar lansarea a trebuit să fie amânată. .
În tot acest timp, telescopul a fost depozitat într-o cameră cu o atmosferă purificată artificial, sistemele sale de bord au fost parțial pornite. Costurile de stocare au fost de aproximativ 6 milioane USD pe lună, ceea ce a crescut și mai mult costul proiectului [30] .
Întârzierea forțată a făcut posibilă efectuarea unui număr de îmbunătățiri: panourile solare au fost înlocuite cu altele mai eficiente, au fost modernizate sistemul informatic de bord și sistemele de comunicații, iar designul carcasei de protecție din pupa a fost modificat pentru a facilita întreținerea telescop pe orbită [30] [31] . În plus, software-ul pentru controlul telescopului nu era gata în 1986 și, de fapt, a fost scris în sfârșit abia când a fost lansat în 1990 [32] .
După reluarea zborurilor navetei în 1988, lansarea a fost în cele din urmă programată pentru 1990 . Înainte de lansare, praful acumulat pe oglindă a fost îndepărtat cu azot comprimat și toate sistemele au fost testate temeinic. .
Naveta Discovery STS-31 s- a lansat pe 24 aprilie 1990, iar a doua zi a lansat telescopul pe orbita prevăzută [33] .
De la începutul proiectării până la lansare, au fost cheltuiți 2,5 miliarde de dolari, față de un buget inițial de 400 de milioane de dolari; costul total al proiectului, conform unei estimări pentru anul 1999 , s-a ridicat la 6 miliarde de dolari din partea americană și 593 de milioane de euro plătiți de ESA [34] .
La momentul lansării, la bord erau instalate șase instrumente științifice:
Deja în primele săptămâni după începerea lucrărilor, imaginile obținute au arătat o problemă serioasă în sistemul optic al telescopului. Deși calitatea imaginii a fost mai bună decât cea a telescoapelor de la sol, Hubble nu a putut atinge claritatea specificată, iar rezoluția imaginilor a fost mult mai proastă decât se aștepta. Imaginile sursei punctuale au avut o rază mai mare de 1,0 secundă de arc în loc să se concentreze pe un cerc cu un diametru de 0,1 secunde, așa cum este specificat în [39] [40] .
Analiza imaginii a arătat că sursa problemei este forma incorectă a oglinzii primare. Deși a fost probabil cea mai precisă oglindă calculată vreodată și cu o toleranță de nu mai mult de 1/20 dintr-o lungime de undă a luminii vizibile, a fost făcută prea plată la margini. Abaterea de la forma dată suprafeței a fost de numai 2 μm [41] , dar rezultatul a fost catastrofal — oglinda avea o aberație sferică puternică (un defect optic în care lumina reflectată de marginile oglinzii este focalizată într-un punct diferit de cea la care este focalizată lumina reflectată).din centrul oglinzii) [42] .
Efectul defectului asupra cercetării astronomice depindea de tipul specific de observație – caracteristicile de împrăștiere erau suficiente pentru a obține observații unice de înaltă rezoluție ale obiectelor strălucitoare, iar spectroscopia a fost, de asemenea, practic neafectată [43] . Cu toate acestea, pierderea unei părți semnificative a fluxului luminos din cauza defocalizării a redus semnificativ adecvarea telescopului pentru observarea obiectelor slabe și obținerea de imagini cu contrast ridicat. Acest lucru a însemnat că aproape toate programele cosmologice au devenit pur și simplu imposibil de realizat, deoarece necesitau observații ale obiectelor deosebit de slabe [42] .
Motivele defectuluiAnalizând imagini ale surselor de lumină punctuale, astronomii au descoperit că constanta conică a oglinzii este −1,0139 în loc de necesarul −1,00229 [44] [45] . Același număr a fost obținut prin verificarea corectoarelor nule (aparate care măsoară curbura suprafeței lustruite cu mare precizie) utilizate de compania Perkin-Elmer, precum și prin analiza interferogramelor obținute în timpul testării la sol a oglinzii [46] .
Comisia, condusă de Lew Allen , directorul Jet Propulsion Laboratory , a stabilit că defectul a rezultat dintr-o eroare la montarea corectorului principal de nul, a cărui lentilă de câmp a fost deplasată cu 1,3 mm din poziția corectă. Schimbarea a fost din vina tehnicianului care a asamblat dispozitivul. A greșit când a lucrat cu un dispozitiv de măsurare cu laser, care a fost folosit pentru a plasa cu precizie elementele optice ale dispozitivului, iar când, după finalizarea instalării, a observat un decalaj neașteptat între lentilă și structura de susținere a acestuia, a introdus pur și simplu o saiba metalica obisnuita [47] .
În timpul lustruirii oglinzii, suprafața acesteia a fost verificată folosind alți doi corectori nuli, fiecare dintre care indică corect prezența aberației sferice . Aceste verificări au fost concepute special pentru a exclude defecte optice grave. În ciuda instrucțiunilor clare de control al calității , compania a ignorat rezultatele măsurătorilor, preferând să creadă că cei doi corectori nuli erau mai puțin precisi decât cel principal, ale cărui citiri indicau forma ideală a oglinzii [48] .
Comisia a dat vina pentru ceea ce s-a întâmplat în primul rând pe interpret. Relațiile dintre compania optică și NASA s-au deteriorat serios în timpul lucrărilor la telescop din cauza perturbării constante a programului de lucru și a depășirilor de costuri. NASA a constatat că Perkin-Elmer nu a tratat munca în oglindă ca pe o parte majoră a afacerii sale și era încrezătoare că comanda nu poate fi transferată unui alt antreprenor odată ce lucrările au început. Deși comisia a criticat sever compania, o parte din responsabilitate revine și NASA, în primul rând pentru eșecul de a detecta probleme grave cu controlul calității și încălcarea procedurilor din partea contractantului [47] [49] .
Găsirea unei soluțiiDeoarece telescopul a fost proiectat inițial pentru a fi întreținut pe orbită, oamenii de știință au început imediat să caute o soluție potențială care ar putea fi aplicată în timpul primei misiuni tehnice, programată pentru 1993 . Deși Kodak terminase de fabricat o oglindă de rezervă pentru telescop, înlocuirea acesteia în spațiu nu a fost posibilă, iar scoaterea telescopului de pe orbită pentru a înlocui oglinda de pe Pământ ar fi prea lungă și costisitoare. Faptul că oglinda a fost lustruită la o formă neregulată cu mare precizie a condus la ideea dezvoltării unei noi componente optice care să realizeze o conversie echivalentă cu o eroare, dar cu semnul opus. Noul dispozitiv ar funcționa ca ochelarii telescopului, corectând aberația sferică [50] .
Datorită diferenței de proiectare a instrumentelor, a fost necesară dezvoltarea a două dispozitive corective diferite. Una era pentru o cameră planetară de format mare, care avea oglinzi speciale care redirecționau lumina către senzorii săi, iar corectarea putea fi făcută folosind oglinzi de altă formă care să compenseze complet aberația. O modificare corespunzătoare a fost furnizată în proiectarea noii camere planetare. Alte dispozitive nu aveau suprafețe reflectorizante intermediare și astfel aveau nevoie de un dispozitiv de corectare extern [51] .
Sistemul de corecție optică (COSTAR)Sistemul conceput pentru corectarea aberației sferice a fost denumit COSTAR și era format din două oglinzi, dintre care una compensa defectul [52] . Pentru a instala COSTAR pe telescop a fost necesară demontarea unuia dintre instrumente, iar oamenii de știință au decis să doneze fotometrul de mare viteză [53] [54] .
În primii trei ani de funcționare, înainte de instalarea dispozitivelor de corectare, telescopul a făcut un număr mare de observații [43] [55] . În special, defectul a avut un efect redus asupra măsurătorilor spectroscopice. În ciuda experimentelor anulate din cauza unui defect, au fost obținute multe rezultate științifice importante, inclusiv dezvoltarea de noi algoritmi pentru îmbunătățirea calității imaginii folosind deconvoluția [56] .
Întreținerea lui Hubble a fost efectuată în timpul plimbărilor în spațiu de la naveta spațială „ Spațială ” .
În total, au fost efectuate patru expediții pentru deservirea telescopului Hubble, dintre care una a fost împărțită în două ieșiri [57] [58] .
În legătură cu defectul dezvăluit al oglinzii, importanța primei expediții de întreținere a fost deosebit de mare, deoarece a trebuit să instaleze optice corective pe telescop. Zborul „Endeavour” STS-61 a avut loc în perioada 2-13 decembrie 1993 , lucrările la telescop au continuat timp de zece zile. Expediția a fost una dintre cele mai dificile din istorie, în cadrul căreia au fost efectuate cinci plimbări spațiale lungi. .
Fotometrul de mare viteză a fost înlocuit cu un sistem de corecție optică, Camera Wide Field și Planetary a fost înlocuită cu un nou model ( WFPC2 ( Wide Field and Planetary Camera 2 ) cu sistem de corecție optică intern [53] [54] ) . Camera avea trei CCD -uri pătrate conectate la un colț și un senzor „planetar” mai mic, cu rezoluție mai mare, la al patrulea colț. Prin urmare, fotografiile cu camera au forma caracteristică a unui pătrat ciobit [59] .
În plus, au fost înlocuite panouri solare și sisteme de control al acționării bateriilor, patru giroscoape cu sisteme de ghidare , două magnetometre și a fost actualizat sistemul informatic de bord. S-a făcut și o corectare a orbitei, necesară din cauza pierderii de altitudine din cauza frecării aerului la deplasarea în atmosfera superioară .
Pe 31 ianuarie 1994, NASA a anunțat succesul misiunii și a arătat primele imagini de o calitate mult mai bună [60] . Finalizarea cu succes a expediției a fost o realizare majoră atât pentru NASA, cât și pentru astronomi, care acum au la dispoziție un instrument complet.
A doua întreținere a fost efectuată în perioada 11-21 februarie 1997 în cadrul misiunii Discovery STS-82 [61] . Spectrograful Goddard și Spectrograful Dim Object au fost înlocuite de spectrograful de imagistică al telescopului spațial STIS ) și de camera cu infraroșu apropiat și spectrometrul cu mai multe obiecte (NICMOS ) .
NICMOS permite observații și spectrometrie în intervalul infraroșu de la 0,8 la 2,5 µm. Pentru a obține temperaturile scăzute necesare, detectorul aparatului a fost plasat într- un vas Dewar și răcit până în 1999 cu azot lichid [61] [62] .
STIS are un interval de lucru de 115-1000 nm și vă permite să efectuați spectrografie bidimensională, adică să obțineți spectrul mai multor obiecte simultan în câmpul vizual .
A fost înlocuit și reportofonul de la bord, a fost reparată izolația termică, iar orbita a fost corectată [61] [63] .
Expediția 3A ( Discovery STS-103 ) a avut loc în perioada 19-27 decembrie 1999 , după ce s-a luat decizia de a efectua o parte a lucrărilor la cel de-al treilea program de service înainte de termen. Acest lucru s-a datorat faptului că trei dintre cele șase giroscoape ale sistemului de ghidare au eșuat. Al patrulea giroscop a eșuat cu câteva săptămâni înainte de zbor, făcând telescopul inutilizabil pentru observații. Expediția a înlocuit toate cele șase giroscoape, senzorul de ghidare fin și computerul de bord . Noul computer a folosit procesorul Intel 80486 într-un design special - cu rezistență crescută la radiații. Acest lucru a făcut posibilă efectuarea unora dintre calculele care au fost efectuate anterior pe Pământ folosind complexul de la bord [64] .
Expediția 3B (a patra misiune) a fost finalizată în perioada 1-12 martie 2002, în timpul zborului Columbia STS-109 . În timpul expediției, camera cu obiecte slabe a fost înlocuită cu o cameră avansată pentru sondaje ( ACS) . Instrumentul NICMOS (cameră în infraroșu apropiat și spectrometru cu mai multe obiecte), al cărui sistem de răcire a rămas fără azot lichid în 1999, a fost reluat în funcțiune - sistemul de răcire a fost înlocuit cu o unitate de refrigerare cu buclă închisă care funcționează pe ciclul Brayton invers [65 ] .
Panourile solare au fost înlocuite pentru a doua oară . Noile panouri au fost cu o treime mai mici ca suprafață, ceea ce a redus semnificativ pierderile prin frecare în atmosferă, dar în același timp au generat cu 30% mai multă energie, ceea ce a făcut posibilă funcționarea simultană cu toate instrumentele instalate la bordul observatorului. Unitatea de distribuție a energiei a fost de asemenea înlocuită, necesitând o întrerupere completă a curentului la bord pentru prima dată de la lansare [66] .
Lucrările efectuate au extins semnificativ capacitățile telescopului. Două instrumente puse în funcțiune în timpul lucrărilor - ACS și NICMOS - au făcut posibilă obținerea de imagini ale spațiului adânc .
A cincea și ultima întreținere (SM4) a fost efectuată în perioada 11-24 mai 2009 , ca parte a misiunii Atlantis STS-125 . Reparația a inclus înlocuirea unuia dintre cei trei senzori de ghidare de precizie, a tuturor giroscoapelor, instalarea de baterii noi, unitatea de formatare a datelor și repararea izolației termice. Performanțele camerei de observare îmbunătățite și ale spectrografului de înregistrare au fost, de asemenea, restaurate și au fost instalate instrumente noi [67] .
DezbatereAnterior, următoarea expediție era programată pentru februarie 2005 , dar după dezastrul navetei Columbia din martie 2003, a fost amânată pe termen nelimitat, ceea ce a pus în pericol activitatea ulterioară a lui Hubble. Chiar și după reluarea zborurilor navetei, misiunea a fost anulată deoarece s-a decis ca fiecare navetă care merge în spațiu să poată ajunge la ISS în cazul unor defecțiuni, iar din cauza diferenței mari de înclinare și altitudine a orbitelor, naveta nu a putut andoca la stație după ce a vizitat telescopul [68] [69] .
Sub presiunea Congresului și a publicului pentru a lua măsuri pentru salvarea telescopului, pe 29 ianuarie 2004, Sean O'Keefe , pe atunci administrator al NASA, a anunțat că va reconsidera decizia de a anula expediția către telescop [70] .
La 13 iulie 2004, un comitet oficial al Academiei de Științe din SUA a acceptat recomandarea ca telescopul să fie păstrat în ciuda riscului evident, iar pe 11 august a acelui an, O'Keeffe a instruit Centrul Goddard să pregătească propuneri detaliate pentru robotizare . intretinerea telescopului . După studierea acestui plan, a fost recunoscut ca „nerealizabil din punct de vedere tehnic” [70] .
Pe 31 octombrie 2006, Michael Griffin, noul administrator al NASA, a anunțat oficial pregătirea ultimei misiuni de reparare și modernizare a telescopului [71] .
Lucrări de reparațiiPână la începutul expediției de reparații, la bord s-au acumulat o serie de defecțiuni care nu au putut fi eliminate fără o vizită la telescop: sistemele de alimentare de rezervă ale spectrografului de înregistrare (STIS) și ale camerei de supraveghere avansate (ACS) au eșuat, deoarece rezultat al căruia STIS și-a încetat activitatea în 2004, iar ACS a funcționat într-o măsură limitată. Din cele șase giroscoape ale sistemului de orientare, doar patru au funcționat. În plus, bateriile nichel-hidrogen ale telescopului au necesitat înlocuire [72] [73] [74] [75] [76] .
Defecțiunile au fost complet eliminate în timpul reparației, în timp ce două instrumente complet noi au fost instalate pe Hubble: Ultraviolet Spectrograph ( English Cosmic Origin Spectrograph, COS ) a fost instalat în locul sistemului COSTAR; Deoarece toate instrumentele aflate în prezent la bord au mijloace încorporate pentru corectarea defectului oglinzii principale, necesitatea sistemului a dispărut. Camera cu unghi larg WFC2 a fost înlocuită cu un nou model - WFC3 ( Wide Field Camera 3 ), care are rezoluție și sensibilitate mai mari, în special în domeniile infraroșu și ultraviolet [77] .
Era planificat ca, după această misiune, telescopul Hubble să continue să funcționeze pe orbită până cel puțin în 2014 [77] .
Pentru 15 ani de muncă pe orbită apropiată de Pământ, Hubble a primit 1,022 milioane de imagini cu obiecte cerești - stele, nebuloase, galaxii, planete. Fluxul de date pe care îl generează lunar în procesul de observații este de aproximativ 480 GB [78] . Volumul lor total acumulat pe toată durata de viață a telescopului a depășit 80 de terabytes în 2018 [1] . Peste 3900 de astronomi l-au putut folosi pentru observații, aproximativ 4000 de articole au fost publicate în reviste științifice . S-a stabilit că, în medie, indicele de citare al articolelor astronomice bazate pe datele de la acest telescop este de două ori mai mare decât cel al articolelor bazate pe alte date. În fiecare an, în lista celor 200 de articole cele mai citate, cel puțin 10% sunt lucrări bazate pe materiale Hubble. Aproximativ 30% dintre lucrările despre astronomie în general și doar 2% dintre lucrările realizate cu ajutorul telescopului spațial au un indice de citare zero [79] .
Cu toate acestea, prețul care trebuie plătit pentru realizările lui Hubble este foarte mare: un studiu special privind impactul diferitelor tipuri de telescoape asupra dezvoltării astronomiei a constatat că, deși lucrările efectuate cu ajutorul telescopului orbital au o citare totală. indice de 15 ori mai mare decât cel al unui reflector de la sol cu o oglindă de 4 metri, costul întreținerii unui telescop spațial este de 100 sau de mai multe ori mai mare [80] .
Orice persoană sau organizație poate aplica pentru a lucra cu telescopul - nu există restricții naționale sau academice. Concurența pentru timpul de observare este foarte mare, de obicei timpul total solicitat este de 6-9 ori mai mare decât timpul efectiv disponibil [99] .
O cerere de propuneri de observare este anunțată aproximativ o dată pe an. Aplicațiile se încadrează în mai multe categorii. :
În plus, 10% din timpul de observare rămâne în așa-numita „rezervă a directorului Institutului Telescopului Spațial ” [100] . Astronomii pot solicita să folosească rezerva în orice moment, aceasta este de obicei folosită pentru observarea unor fenomene neplanificate pe termen scurt, cum ar fi exploziile de supernove . Studiile în spațiu adânc în cadrul programelor Hubble Deep Field și Hubble Ultra Deep Field au fost, de asemenea, efectuate pe cheltuiala rezervei directorului. .
În primii câțiva ani, o parte din timp a fost alocată din rezervă astronomilor amatori [101] . Aplicațiile lor au fost luate în considerare de un comitet format și din cei mai importanți astronomi laici. Principalele cerințe pentru cerere au fost originalitatea studiului și discrepanța dintre subiect și solicitările depuse de astronomii profesioniști. În total, între 1990 și 1997, s-au făcut 13 observații folosind programe propuse de astronomii amatori. Ulterior, din cauza reducerilor din bugetul Institutului, a fost întreruptă acordarea de timp pentru neprofesioniști [102] [103] .
Planificarea observației este o sarcină extrem de complexă, deoarece este necesar să se țină cont de influența multor factori:
Datele Hubble sunt stocate pentru prima dată în unități de bord, casetofone bobină-la-bobină au fost folosite în această capacitate la momentul lansării , în timpul Expedițiilor 2 și 3A au fost înlocuite cu unități SSD . Apoi, printr-un sistem de sateliți de comunicații TDRSS localizați pe orbită geostaționară, datele sunt transmise către Centrul Goddard [106] .
Pe parcursul primului an de la data primirii, datele sunt furnizate doar investigatorului principal (solicitant de observare), iar apoi plasate într-o arhivă cu acces liber [107] . Cercetătorul poate depune o cerere către directorul institutului pentru reducerea sau prelungirea acestei perioade [108] .
Observațiile făcute în detrimentul timpului din rezerva directorului, precum și datele auxiliare și tehnice, devin imediat domeniul public .
Datele din arhivă sunt stocate în format FITS , care este convenabil pentru analiza astronomică [109] .
Datele astronomice preluate din rețele CCD de instrumente trebuie să sufere o serie de transformări înainte de a deveni adecvate pentru analiză. Institutul Telescopului Spațial a dezvoltat un pachet software pentru conversia și calibrarea automată a datelor. Transformările sunt efectuate automat atunci când sunt solicitate date. Datorită cantității mari de informații și a complexității algoritmilor , procesarea poate dura o zi sau mai mult [110] .
Astronomii pot lua, de asemenea, datele brute și pot efectua ei înșiși această procedură, ceea ce este la îndemână atunci când procesul de conversie este diferit de cel standard [110] .
Datele pot fi procesate folosind diverse programe, dar Institutul Telescopului furnizează pachetul STSDAS ( Eng. Space Telescope Science Data Analysis System - „Science Telescope Science Data Analysis System”). Pachetul conține toate programele necesare procesării datelor, optimizate pentru lucrul cu informațiile Hubble. Pachetul funcționează ca un modul al popularului program de astronomie IRAF [111] .
Camera cu unghi larg, instrumentul principal al lui Hubble, este ea însăși alb-negru, dar este echipată cu o magazie largă de filtre cu bandă îngustă. Sub numele „paleta Hubble”, asamblarea unei imagini color din trei imagini la lungimi de undă diferite a intrat în istorie [112] :
Imaginile sunt aliniate după luminozitate, combinate și declarate ca canale de imagini RGB . În această paletă au fost realizate majoritatea imaginilor color cunoscute de la Hubble [113] . Trebuie să înțelegeți că culorile nu sunt adevărate, iar când fotografiați în culori adevărate (de exemplu, cu o cameră), Nebuloasa Bubble va fi roșie .
A fost întotdeauna important ca proiectul Telescopului Spațial să capteze atenția și imaginația publicului larg, și în special a contribuabililor americani care au adus cea mai semnificativă contribuție la finanțarea Hubble. .
Unul dintre cele mai importante pentru relațiile publice este proiectul Hubble Heritage [ en [ 115] . Misiunea sa este de a publica cele mai plăcute imagini din punct de vedere vizual și estetic realizate de telescop. Galeriile de proiecte conțin nu numai imagini originale în formate JPG și TIFF , ci și colaje și desene create pe baza acestora. Proiectului i s-a alocat o cantitate mică de timp de observare pentru a obține imagini color cu drepturi depline ale obiectelor, a căror fotografiere în partea vizibilă a spectrului nu era necesară pentru cercetare. .
În plus, Institutul Telescopului Spațial menține mai multe site-uri web cu imagini și informații complete despre telescop [116] .
În anul 2000, Biroul pentru Avansare Publică a fost creat pentru a coordona eforturile diferitelor departamente . .
În Europa, din 1999, Centrul European de Informare ( Eng. Hubble European Space Agency Information Center , HEIC ), înființat la Centrul European de Coordonare a Telescopului Spațial , este implicat în relații publice . Centrul este, de asemenea, responsabil pentru programele educaționale ale ESA legate de telescop [117] .
În 2010, filmul „ Hubble IMAX 3D ” a fost lansat în format IMAX , vorbind despre telescop și distanțe spațiale. Film regizat de Tony Myers .
Telescopul Hubble se află pe orbită de peste 30 de ani . După reparațiile efectuate de Expediția 4, Hubble era de așteptat să funcționeze pe orbită până în 2014 [118] , după care urma să fie înlocuit de Telescopul Spațial James Webb . Dar un depășire semnificativă a bugetului și o întârziere în construcția lui James Webb au forțat NASA să amâne data estimată de lansare a misiunii, mai întâi până în septembrie 2015 și apoi până în octombrie 2018. Lansarea a avut loc pe 25 decembrie 2021 [119] .
În noiembrie 2021, contractul de exploatare a telescopului a fost prelungit până la 30 iunie 2026 [120] .
După finalizarea operațiunii, Hubble va fi scufundat în Oceanul Pacific, alegând pentru aceasta o zonă nenavigabilă. Potrivit estimărilor preliminare, aproximativ 5 tone de resturi vor rămâne nearse, cu o masă totală a telescopului spațial de 11 tone. Conform calculelor, ar trebui să deorbiteze după 2030. .
Pe 5 octombrie 2018, al treilea dintre cele șase giroscoape de orientare ale telescopului a eșuat; când s-a încercat să pună în funcțiune ultimul giroscop de rezervă, s-a descoperit că viteza de rotație a acestuia era mult mai mare decât cea normală, iar telescopul a fost trecut în modul sigur. . Efectuând o serie de manevre și pornind în mod repetat giroscopul în diferite moduri, problema a fost rezolvată și telescopul a fost trecut în modul normal pe 26 octombrie. Funcționarea completă a telescopului necesită prezența a trei giroscoape de lucru, din cauza epuizării giroscoapelor de rezervă, după următoarea defecțiune, telescopul va fi trecut la modul de funcționare cu un giroscop, iar al doilea rămas va fi transferat. la rezerva. Acest lucru va reduce precizia punctării și poate face unele tipuri de observații imposibile, dar va permite lui Hubble să ruleze cât mai mult posibil [121] .
Pe 8 ianuarie 2019, Wide Field Camera 3 a telescopului s-a oprit automat din cauza nivelurilor anormale de tensiune în circuitul de alimentare [122] . În cursul lucrărilor de restabilire a funcționării dispozitivului, s-a constatat că camera funcționează normal, iar valorile anormale ale tensiunii se datorează defecțiunilor în funcționarea echipamentelor de control și măsurare. După repornirea unităților relevante, problema a fost remediată și pe 17 ianuarie, funcționarea camerei a fost restabilită complet [123] .
La 13 iunie 2021, computerul de bord NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer-1), care controlează și coordonează activitatea instrumentelor științifice, a încetat să mai răspundă la comenzi. A doua zi, echipa de operațiuni nu a reușit să repornească computerul sau să treacă la modulul de memorie de rezervă. În seara zilei de 17 iunie, NASA a eșuat în încercările repetate de repornire și comutare, apoi a încercat fără succes să repare defecțiunea computerului de bord și să reia observațiile științifice; în tot acest timp telescopul a funcționat în modul sigur. NASA a declarat că telescopul în sine și instrumentele științifice de pe el sunt în „stare bună” [124] [125] . Pe 15 iulie 2021, inginerii NASA au trecut cu succes la echipamentul de așteptare și au pus în funcțiune computerul cu sarcină utilă [126] . Observațiile științifice au fost reluate în după-amiaza zilei de 17 iulie 2021 [127] .
Telescopul are o structură modulară și conține cinci compartimente pentru instrumente optice. Unul dintre compartimente pentru o lungă perioadă de timp (1993-2009) a fost ocupat de un sistem optic corector (COSTAR), instalat în timpul primei expediții de întreținere din 1993 pentru a compensa inexactitățile în fabricarea oglinzii primare. Deoarece toate instrumentele instalate după lansarea telescopului au sisteme de corectare a defectelor încorporate, în timpul ultimei expediții a devenit posibilă demontarea sistemului COSTAR și utilizarea compartimentului pentru instalarea unui spectrograf cu ultraviolete. .
Cronologia instalărilor de instrumente la bordul telescopului spațial (instrumentele nou instalate sunt scrise cu caractere cursive) :
Compartimentul 1 | Compartimentul 2 | Compartimentul 3 | Compartimentul 4 | Compartimentul 5 | |
---|---|---|---|---|---|
Lansarea telescopului (1990) | Cameră cu unghi larg și planetară | Spectrograf de înaltă rezoluție Goddard | Cameră pentru fotografierea obiectelor slabe | Dim spectrograf de obiecte | fotometru de mare viteză |
Prima expediție (1993) | Cameră cu unghi larg și planetară - 2 | Spectrograf de înaltă rezoluție Goddard | Cameră pentru fotografierea obiectelor slabe | Dim spectrograf de obiecte | Sistemul COSTAR |
A doua expediție (1997) | Cameră cu unghi larg și planetară - 2 | Spectrograf de înregistrare cu telescopul spațial | Cameră pentru fotografierea obiectelor slabe | Cameră și spectrometru multi-obiect NIR | Sistemul COSTAR |
A treia expediție (B) (2002) | Cameră cu unghi larg și planetară - 2 | Spectrograf de înregistrare cu telescopul spațial | Cameră avansată de vedere generală | Cameră și spectrometru multi-obiect NIR | Sistemul COSTAR |
A patra expediție (2009) | Cameră lată - 3 | Spectrograf de înregistrare cu telescopul spațial | Cameră avansată de vedere generală | Cameră și spectrometru multi-obiect NIR | Spectrograf cu ultraviolete |
După cum sa menționat mai sus, sistemul de ghidare este utilizat și în scopuri științifice. .
Telescop Hubble Google Maps KMZ ( model 3D - fișier KMZ pentru Google Earth )
În rețelele sociale | ||||
---|---|---|---|---|
Site-uri tematice | ||||
Dicționare și enciclopedii | ||||
|
Agenția Spațială Europeană | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||
|
telescoapele spațiale | |
---|---|
Operare |
|
Planificat |
|
Sugerat | |
istoric |
|
Hibernare (misiune finalizată) |
|
Pierdut | |
Anulat | |
Vezi si | |
Categorie |
Telescopul spațial Hubble | |
---|---|
Instrumentele de la bord |
|
Instrumente eliminate |
|
misiuni de navetă |
|
Imagini notabile (în paranteze sunt anii de achiziție a datelor) |
|
Legate de |