Технические особенности орбитального телескопа Hubble

9 129 18
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.
18 комментариев
Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. +6
    7 февраля 2025 04:12
    Автору спасибо за интересную статью.
    Конечно, немного поверхностно, но всё равно познавательно.
    Надо отдать должное сша, в фундаментальную науку они вкладываются.
    1. 0
      11 февраля 2025 20:41
      Автору спасибо за интересную статью.
      не согласен, где
      Технические особенности орбитального телескопа Hubble
      заявленные в названии?
      Все что написано в статье давно известно, ничего нового.
  2. -13
    7 февраля 2025 07:19
    Какое нибудь прикладное значение от этого телескопа жители Земли получили ?
    1. +13
      7 февраля 2025 07:43
      Думаю, прикладное значение от этого телескопа немного поболе будет, чем от чубайсовского роснано и ядерных буксиров от лунтика. laughing
      А если серьёзно, то развитие фундаментальной науки способствует развитию прикладной науки и в последствии развитию технологий.
      Если погрузитесь в эту тему (астрономия) узнаете очень много интересного. Советую! hi
      1. -6
        7 февраля 2025 17:53
        Причем здесь Чубайс или роснано ?
        Я как конкретный житель земли что получаю от этого телескопа ?
        Ну или не я а какой нибудь гражданин США , раз это они его запустили?
        Ну кроме чувства гордости за свою страну.
        Мне допустим от запуска Энергия-Буран не горячо не холодно . Кто то там работал получал премии и офигенные зарплаты , а народ их кормил , а результат ноль.
        1. +2
          8 февраля 2025 14:20
          А какое прикладное значение имеют музыка, поэзия, литература, живопись (не считая случаев, когда картиной дыру в обоях прикрывают)? Какой немедленный толк для обывателя был от открытий Галилея, Фарадея, Ньютона, Кепплера, Фарадея, Менделя, Менделеева? Не было его. Но если бы ни такие люди, то до сих пор ездили бы на лошадях, жили впроголодь до сорок лет (не более) и носили посконные портки. Не демонстрируйте дикость и невежество.
          1. -4
            8 февраля 2025 17:00
            Какой немедленный толк для обывателя был от открытий Галилея, Фарадея, Ньютона, Кепплера, Фарадея, Менделя, Менделеева?

            Ну Менделеев водку придумал в 40 градусов. Так что толк был немедленный , стыдно батенька это не знать .
            1. +2
              8 февраля 2025 22:50
              Цитата: Архитектор
              Ну Менделеев водку придумал в 40 градусов. Так что толк был немедленный , стыдно батенька это не знать .
              Не порите чушь. Батенька, я, в отличие от вас, перечитал все сочинения Менделеева от корки до корки, поскольку химик по профессии и образованию. Менделеев НИКОГДА не занимался водкой - он написал диссертацию "О смешении воды со спиртом", очень важную для развития теории растворов, а еще, будучи руководителем Палаты мер и весов (аналог нынешнего Госстандарта) подписал, среди множества прочих документов, и стандарт на водку. Никакой водки он не придумывал.
              1. -3
                9 февраля 2025 07:41
                Менделеев НИКОГДА не занимался водкой - он написал диссертацию "О смешении воды со спиртом",

                Ну да .
                Он не занимался водкой.))))
                Сами то читаете что пишите?
                Это звучит примерно так же как и Королев не когда не занимался ракетами , он написал лишь научные работы про ракетостроение.
                Или вы не знаете что раствор спирта с водой в 40 процентов и есть водка ?
  3. +4
    7 февраля 2025 11:22
    Автору следовало бы упомянуть что данный телескоп являлся побочной ветвью (и весьма успешной) от основной серии KH- №.... спутников видовой разведки "Keyhole" - замочная скважина.
    1. +3
      7 февраля 2025 12:22
      Автору следовало бы упомянуть что данный телескоп являлся побочной ветвью (и весьма успешной) от основной серии KH- №.... спутников видовой разведки "Keyhole" - замочная скважина.

      Если не копией KN-11 - го)). Локхид расщедрился, кинул научникам один спутник для поиска братКов по разуму. laughing
      1. +2
        7 февраля 2025 17:01
        один спутник для поиска
        Как и единственный подходящий габарит для их технического обслуживания.
        https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_полётов_по_программе_«Спейс_Шаттл»

        35 24 апреля 1990 STS-31
        Дискавери 5 5 суток 1 час 80 3328 Эдвардс Вывод на орбиту космического телескопа «Хаббл».

        59 2 декабря 1993 STS-61
        Индевор 7 10 суток 19 часов 163 7135 Кеннеди Первая миссия посвящённая сервисному обслуживанию и модернизации космического телескопа Хаббл.

        82 11 февраля 1997 STS-82
        Дискавери 7 9 суток 23 часа 149 10 500 Кеннеди Сервисное обслуживание и модернизация космического телескопа Хаббл.

        96 19 декабря 1999 STS-103
        Дискавери 7 7 суток 23 часа 119 5230 Кеннеди Сервисное обслуживание и модернизация космического телескопа Хаббл.

        108 1 марта 2002 STS-109
        Колумбия 7 10 суток 22 часа 165 6300 Кеннеди Сервисное обслуживание и модернизация космического телескопа Хаббл.

        126 11 мая 2009 STS-125
        Атлантис 7 12 суток 21 час 197 8490 Эдвардс Сервисное обслуживание и модернизация космического телескопа Хаббл.

        34 28 февраля 1990 STS-36
        Атлантис 5 4 суток 10 часов 72 2958 Эдвардс Полёт посвящён нуждам министерства обороны США. Детали миссии засекречены. Вывод на орбиту разведывательного спутника Misty (также используются обозначения KH 11-10 и USA-53).

        15 24 января 1985 STS-51C
        Дискавери 5 3 суток 1 час 49 2010 Кеннеди Первый полёт шаттла, посвящённый нуждам министерства обороны США. Подробности миссии засекречены. Согласно данным журнала Aviation Week & Space Technology шаттлом был выведен на орбиту спутник радиоэлектронной разведки
  4. +2
    7 февраля 2025 11:26
    Надо было примеры работы телескопа в фотографиях приложить к статье.
    Галактики и туманности в высоком разрешении шикарно смотрятся.
    Помню, некоторые фотки по несколько сотен мегабайт весили и при раскрывании на старом компе он начинал тормозить)
  5. +10
    7 февраля 2025 15:19
    Для меня вот это место самое интересное.
    ...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.

    Все расчёты и испытания проводились на земле, а в невесомости зеркало на сколько-то микрон прогнулось, и пришлось туда летать на шатле его тюнинговать с выходом в открытый космос. Лично знаком с одним из двух ремонтников, Джеффом Хофманом.
    1. +2
      8 февраля 2025 01:17
      Цитата: Maxim Davydov
      Все расчёты и испытания проводились на земле, а в невесомости зеркало на сколько-то микрон прогнулось, и пришлось туда летать на шатле его тюнинговать с выходом в открытый космос. Лично знаком с одним из двух ремонтников, Джеффом Хофманом.
      По зеркалу читал такую историю:
      на изготовлении зеркала решили сэкономить, поэтому выбирали фирму, которая возьмётся за это дело по-дешевле. Нашли (компания «Перкин-Элмер»). Калибровка рабочего оборудования, которыми шлифовали зеркало, не производилась и зеркало получилось не с тем фокусом. Этот косяк правили програмно.
    2. +1
      8 февраля 2025 08:36
      Лично знаком с одним из двух ремонтников, Джеффом Хофманом.

      А можно поподробнее про обстоятельства Вашего знакомства? Очень интересно. Если это не секрет, конечно:)
      1. +4
        8 февраля 2025 10:16
        Нет, я - не шпион :) По работе был и даже немного работал в Хьюстоне, и там тов. Хоффман был приглашён поделиться с молодёжью своими историями. Он - американский Джанибеков, 5 полётов, 4 выхода в открытый космос. Что интересно, сын еврейских эмигрантов из России. Как и все встреченные мной космонавты и астронавты, умный и приятный в общении человек.
  6. +1
    8 февраля 2025 01:23
    Цитата: Arzt
    Автору следовало бы упомянуть что данный телескоп являлся побочной ветвью (и весьма успешной) от основной серии KH- №.... спутников видовой разведки "Keyhole" - замочная скважина.

    Если не копией KN-11 - го)). Локхид расщедрился, кинул научникам один спутник для поиска братКов по разуму. laughing


    Это старая байка.
    КН-11 (кей-эйч, не кей-эн), судя по его фоткам на орбите, ничем не похож на Хаббл.
    (даю подсказку: даже если зеркало кихола и хаббла одинаково, его не обязательно монтировать по точно такой же схеме).