Технические особенности орбитального телескопа Hubble
Телескоп Hubble на орбите
В 1990 г. американское аэрокосмическое агентство NASA вывело на орбиту Земли новейший космический телескоп Hubble. С его помощью планировалось проводить различные исследования, отличавшиеся повышенной сложностью и недоступные для наземных телескопов. К этому космическому аппарату предъявлялись особые требования, и при его разработке пришлось решить массу сложных технических задач.
На стадии разработки
Идея строительства перспективного орбитального телескопа с высокими характеристиками появилась в NASA ещё в конце шестидесятых годов. В течение следующего десятилетия шла проработка организационных, технических и иных вопросов. В частности, на определённом этапе Конгресс даже отказался выделять деньги на такой проект.
Тем не менее, в 1978 г. перспективная программа получила необходимые разрешения и финансирование. Тогда же началась полноценная разработка будущего телескопа. Согласно планам того времени, аппарат должны были вывести на орбиту в 1983 г.
В разработке телескопа участвовали несколько организаций и компаний. Основные работы взяло на себя NASA. Проектирование аппарата и его основных систем осуществлялось в Космическом центре им. Маршалла, а создание комплекса научных приборов было поручено Центру космических полетов им. Годдарда.
Сборка конструкций корпуса
К программе также были привлечены коммерческие компании, которые должны были изготовить различные приборы и устройства. Например, космический аппарат-платформу для телескопа заказали компании Lockheed, а оптическую систему должна была изготовить Perkin-Elmer. Часть научных приборов заказали иностранным космическим агентствам.
На стадии разработки и изготовления телескоп получил название Hubble — в честь выдающегося американского астронома Эдвина Хаббла. Также использовалось название Hubble Space Telescope или HST.
В этот период программа вновь столкнулась с различными затруднениями, которые повлияли на её ход. В частности, из-за сложностей с производством некоторых агрегатов пришлось несколько раз пересматривать график и сдвигать сроки ввода телескопа в эксплуатацию. Тем не менее, со временем со всеми проблемами справились.
Телескоп на орбите
Запуск нового орбитального телескопа состоялся 24 апреля 1990 г. В рамках миссии STS-31 шаттл Discovery поднял телескоп на расчетную орбиту и отправил в самостоятельный полёт. Через несколько дней, после необходимых приготовлений, космический аппарат был готов к работе и выполнению наблюдений.
Изготовление зеркала телескопа на заводе Perkin-Elmer, 1979 г.
На первом этапе эксплуатации было установлено, что почти все бортовые системы работают нормально. При этом был выявлен дефект главного зеркала, ухудшавший качество съёмки на некоторых режимах. В связи с этим NASA пришлось срочно искать решение, а также пересматривать график исследований с учётом дефекта.
Для восстановления функций телескопа в агентстве разработали систему оптической коррекции COSTAR. В декабре 1993 г., в рамках миссии STS-61, её успешно доставили на орбиту и установили на «Хаббле». После завершения всех необходимых проверок и настроек, телескоп получил возможность проведения всех запланированных наблюдений.
Телескоп HST до сих пор остаётся на орбите и активно используется в различных научных программах. Он практически постоянно выполняет съёмки для различных заказчиков и помогает проводить широкий круг исследований космоса. За 34 года своей работы «Хаббл» помог сделать множество важных открытий.
За время своей работы телескоп неоднократно дорабатывался и модернизировался. Путем замены тех или иных приборов удавалось расширить круг решаемых задач, повысить эффективность работы и т.д. Предполагается, что своевременная модернизация поможет телескопу служить и в будущем.
Один из компьютерных блоков первой версии
Космическая платформа
В рамках проекта HST агентство NASA и компания Lockheed совместными усилиями разработали космический аппарат-платформу, предназначенный для размещения всех научных приборов и устройств. К этому изделию предъявлялись особые требования, что сказалось на сложности проекта.
Аппарат получил цилиндрический корпус переменного диаметра, выполненный из алюминия. Внутри находилась рама из углепластиковых профилей, на которой крепились различные устройства. Для защиты чувствительной аппаратуры от внешних факторов применяется многослойная изоляция.
Для Hubble была разработана оригинальная система управления, при помощи которой осуществляется высокоточная наводка телескопа. Система Pointing Control System включает в себя датчики разных типов и несколько исполнительных механизмов, за счёт которых телескоп с высокой точностью определяет своё положение в пространстве и корректирует его в соответствии с полученным заданием.
Длина корпуса превышает 13 м, максимальный диаметр — 4,3 м. Кроме того, по бокам предусмотрены две солнечные батареи размером 7,1 х 2,6 м каждая. Масса телескопа с аппаратурой — ок. 12,5 т.
Старт шаттла Discovery с телескопом Hubble на борту, 24 апреля 1990 г.
Следует обратить внимание на габариты и массу аппарата. Вывод такой нагрузки на околоземную орбиту является не самой простой задачей. Её решили при помощи многоразового корабля Space Shuttle. В миссии STS-31 челнок в полной мере показал свои возможности такого рода.
Целевое оснащение
Для «Хаббла» был разработан уникальный телескоп с повышенными характеристиками, способный осуществлять съёмку с высоким разрешением в разных диапазонах. Эта система отличается большими размерами и занимает почти весь внутренний объём трубы-корпуса.
Телескоп HST является рефлекторным и построен по схеме Ричи — Кретьена. Диаметр главного зеркала составляет 2,4 м. Зеркало изготовила компания «Перкин-Элмер». Ей пришлось разработать и внедрить новые технологии изготовления и полировки, позволявшие формировать отражающую поверхность с точностью до микрометров.
Одновременно с этим компания Kodak делала резервное зеркало. В этом случае использовались уже известные и освоенные технологии. К счастью, это изделие не понадобилось и впоследствии стало музейным экспонатом.
Монтаж системы COSTAR, 8 декабря 1993 г.
В корпусе телескопа предусмотрено пять отсеков для размещения исследовательских приборов. Состав оборудования на борту телескопа постоянно менялся, что позволяло проводить разные наблюдения. Кроме того, благодаря модульной архитектуре в свое время удалось установить систему COSTAR и исправить ошибки изготовления зеркала.
На момент запуска Hubble нёс широкоугольную и планетарную камеры, спектрограф системы Годдарда, камеру и спектрограф для съемки тусклых объектов, а также высокоскоростной фотометр. В 1993 г. на месте последнего установили систему коррекции, которая позволила более полно использовать потенциал прочих приборов. Кроме того, в дальнейшем регулярно производилась замена камер и спектрографов на современные изделия.
В 2009 г. состоялась очередная модернизация с заменой части оборудования. К этому времени камеры и т.п. получили собственные средства коррекции изображения, искаженного зеркалом. Благодаря этому удалось избавиться от системы COSTAR и поместить в освободившемся отсеке ультрафиолетовый спектрограф.
Для первичной обработки данных и выполнения других операций на борту «Хаббла» установлено несколько компьютеров. Изначально на нем находились компьютеры DF-224 и NSSC-1, произведенные различными компаниями. Впоследствии их заменяли на более современные системы. Последняя модернизация такого рода прошла еще в 1999 г. Несмотря на моральное устаревание, компьютеры того времени и сейчас успешно справляются с поставленными задачами.
Работы на телескопе, май 1999 г.
Задачи и решения
Орбитальный телескоп Hubble является одной из наиболее сложных и интересных разработок в истории мировой космонавтики. При создании самого телескопа и вспомогательных систем для него агентству NASA и его подрядчикам пришлось решить массу сложных задач в области техники, технологии, вычислительных средств и т.д.
Итогом этого стал уникальный космический телескоп, имеющий большие преимущества перед наземными системами. Далеко не всё шло гладко, и в первые годы своей работы «Хаббл» не мог выполнять все задачи. Тем не менее, основные проблемы удалось решить, и телескоп уже почти 35 лет ведет наблюдения.
Согласно планам NASA, HST будет работать как минимум до конца текущего десятилетия. После 2030 г. будет рассматриваться вопрос о продолжении эксплуатации или утилизации аппарата. Вполне вероятно, что будет проведена ещё одна модернизация, которая позволит продолжать уникальные исследовательские программы.
Информация