Hubble-avaruusteleskooppi | |
---|---|
Englanti Hubble-avaruusteleskooppi | |
| |
Organisaatio | NASA / ESA |
Aaltoalue | 0,11 - 2,4 mikronia ( ultravioletti , näkyvä , infrapuna ) |
COSPAR-tunnus | 1990-037B |
NSSDCA ID | 1990-037B |
SCN | 20580 |
Sijainti | avaruudessa |
Ratatyyppi | matala Maan kiertorata , lähellä ympyrää [1] |
Ratakorkeus | OK. 545 km [1] |
Kiertojakso | 96-97 min [1] |
Ratanopeus | OK. 7500 m/s [1] |
Kiihtyvyys | 8,169 m/s² |
Julkaisupäivä |
24. huhtikuuta 1990 12:33:51 UTC [2] Lennon kesto 32 vuotta 6 kuukautta 10 päivää |
Käynnistyspaikka | cape canaveral |
Orbit-laukaisin | "Löytö" |
Deorbit päivämäärä | vuoden 2030 jälkeen [3] |
Paino | 11 t [4] |
kaukoputken tyyppi | Ritchey-Chrétien-järjestelmän heijastava teleskooppi [4] |
Halkaisija | 2,4 m [5] |
Pinta-alan kerääminen |
OK. 4,5 m² [6] |
Polttoväli | 57,6 m [4] |
tieteellisiä välineitä | |
infrapunakamera/spektrometri [7] | |
|
optinen havaintokamera [7] |
|
kamera havainnointiin laajalla aaltoalueella [7] |
|
optinen spektrometri/kamera [7] |
|
ultraviolettispektrografi [7] |
|
kolme navigointianturia [7] |
Mission logo | |
Verkkosivusto | http://hubble.nasa.gov https://hubblesite.org https://www.spacetelescope.org |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Hubble-avaruusteleskooppi ( HST ; englanniksi Hubble Space Telescope , HST ; observatorion koodi "250" ) on automaattinen observatorio ( teleskooppi ), joka kiertää maata ja on nimetty amerikkalaisen tähtitieteilijän Edwin Hubblen mukaan . Hubble on NASAn ja Euroopan avaruusjärjestön [2] [4] [8] yhteinen projekti ja yksi NASAn suurista observatorioista [9] . Otettiin käyttöön 24. huhtikuuta 1990 .
Teleskoopin sijoittaminen avaruuteen mahdollistaa sähkömagneettisen säteilyn rekisteröinnin alueilla, joilla maan ilmakehä on läpinäkymätön; ensisijaisesti infrapuna-alueella . Ilmakehän vaikutuksen puuttumisen vuoksi kaukoputken resoluutio on 7-10 kertaa suurempi kuin vastaavan maan päällä sijaitsevan kaukoputken resoluutio [10] .
Maan päällä olevia instrumentteja paremman kiertoratateleskoopin käsite löytyy Hermann Oberthin kirjasta "Raketti planeettojenväliseen avaruuteen" ( Die Rakete zu den Planetenräumen ), joka julkaistiin vuonna 1923 [11] .
Vuonna 1946 amerikkalainen astrofyysikko Lyman Spitzer julkaisi artikkelin Astronomical preferences of an extraterstrial observatory . Artikkelissa mainitaan tällaisen kaukoputken kaksi tärkeintä etua. Ensinnäkin sen kulmaresoluutiota rajoittaa vain diffraktio , eivät ilmakehän turbulentit virtaukset; tuolloin maassa sijaitsevien teleskooppien resoluutio oli 0,5 - 1,0 kaarisekuntia , kun taas 2,5 metrin peilillä varustetun kiertoradalla olevan kaukoputken diffraktioresoluution teoreettinen raja on noin 0,1 sekuntia. Toiseksi avaruusteleskooppi voisi tehdä havaintoja infrapuna- ja ultraviolettialueella, jossa säteilyn absorptio maan ilmakehään on erittäin merkittävä [10] [12] .
Spitzer omisti suuren osan tieteellisestä urastaan projektin edistämiseen. Vuonna 1962 Yhdysvaltain kansallisen tiedeakatemian julkaisemassa raportissa suositeltiin kiertävän kaukoputken kehittämisen sisällyttämistä avaruusohjelmaan, ja vuonna 1965 Spitzer nimitettiin komitean johtajaksi, jonka tehtävänä oli asettaa tieteellisiä tavoitteita suurelle avaruusteleskoopille [13] . ] .
Avaruusastronomia alkoi kehittyä toisen maailmansodan päättymisen jälkeen, kauan ennen ensimmäisten kiertävien satelliittien laukaisua. Vuonna 1946 Auringon ultraviolettispektri saatiin ensimmäisen kerran pystysuoraan nousevan raketin instrumenteilla [14] . Iso- Britannia laukaisi Orbital Telescope for Solar Researchin vuonna 1962 osana Ariel-ohjelmaa , ja vuonna 1966 NASA lähetti ensimmäisen orbitaalisen observatorion OAO - 1 avaruuteen [15] . Tehtävä epäonnistui akkuvian vuoksi kolme päivää nousun jälkeen. Vuonna 1968 laukaistiin OAO-2, joka teki havaintoja tähtien ja galaksien ultraviolettisäteilystä vuoteen 1972 asti , ylittäen merkittävästi arvioidun yhden vuoden eliniän [16] .
OAO:n tehtävät osoittivat selvästi kiertävien teleskooppien roolin, ja NASA hyväksyi vuonna 1968 suunnitelman rakentaa heijastava teleskooppi , jonka peili on halkaisijaltaan 3 m. Projekti sai alustavasti nimen LST ( Large Space Telescope ). Laukaisu suunniteltiin vuodelle 1972. Ohjelmassa korostettiin säännöllisten miehitettyjen tutkimusretkien tarvetta kaukoputken huoltoon kalliin instrumentin jatkuvan toiminnan varmistamiseksi. Samanaikaisesti kehittynyt Space Shuttle -ohjelma antoi toivoa sopivien mahdollisuuksien saamisesta [17] .
OAO -ohjelman menestyksen ansiosta tähtitieteellinen yhteisö on yksimielinen siitä, että suuren kiertävän teleskoopin rakentamisen tulisi olla prioriteetti. Vuonna 1970 NASA perusti kaksi komiteaa, joista toinen tutkii ja suunnittelee teknisiä näkökohtia ja toinen kehitti tieteellistä tutkimusohjelmaa. Seuraava suuri este oli hankkeen rahoitus, joka olisi maksanut enemmän kuin mikään maassa sijaitseva teleskooppi. Yhdysvaltain kongressi asetti kyseenalaiseksi monet ehdotetun talousarvion kohdat ja leikkasi merkittävästi budjettimäärärahoja , jotka alun perin merkitsivät laajamittaista tutkimusta observatorion välineistä ja suunnittelusta. Vuonna 1974 kongressi peruutti hankkeen rahoituksen kokonaan osana presidentti Fordin käynnistämiä budjettileikkauksia [18] .
Vastauksena tähtitieteilijät käynnistivät massiivisen lobbauskampanjan. Monet tähtitieteilijät ovat henkilökohtaisesti tavanneet senaattoreita ja kongressin jäseniä, ja projektin tueksi on lähetetty useita suuria kirjeitä. National Academy of Sciences julkaisi raportin, jossa korostettiin suuren kiertävän kaukoputken rakentamisen tärkeyttä, ja sen seurauksena senaatti suostui jakamaan puolet kongressin alun perin hyväksymästä budjetista [18] .
Taloudelliset ongelmat johtivat leikkauksiin, joista suurin oli päätös pienentää peilin halkaisijaa 3 metristä 2,4 metriin kustannusten alentamiseksi ja kompaktimman rakenteen saavuttamiseksi. Myös järjestelmien testaamiseksi ja kehittämiseksi laukaistava puolitoistametrisellä peilillä varustetun teleskoopin projekti peruutettiin ja tehtiin päätös yhteistyöstä Euroopan avaruusjärjestön kanssa . ESA suostui osallistumaan rahoitukseen sekä toimittamaan observatoriolle joukon laitteita ja aurinkopaneeleja . Vastineeksi eurooppalaisille tähtitieteilijöille varattiin vähintään 15 % havaintoajasta [19] . Vuonna 1978 kongressi hyväksyi 36 miljoonan dollarin rahoituksen, ja täysimittainen suunnittelutyö aloitettiin välittömästi sen jälkeen. Käyttöönottopäiväksi suunniteltiin 1983 . 1980-luvun alussa teleskooppi nimettiin Edwin Hubblen mukaan. .
Avaruusteleskoopin rakentamistyö on jakautunut useiden yritysten ja laitosten kesken. Marshallin avaruuskeskus vastasi teleskoopin kehittämisestä, suunnittelusta ja rakentamisesta, Goddard Space Flight Center vastasi tieteellisten instrumenttien kehittämisen yleisestä suunnasta ja valittiin maaohjauskeskukseksi. Marshall Center teki sopimuksen Perkin-Elmerin kanssa teleskoopin optisen teleskoopin kokoonpanon ( OTA ) ja hienojen osoitinanturien suunnittelusta ja valmistuksesta . Lockheed Corporation sai sopimuksen avaruusaluksen rakentamisesta teleskooppia varten [20] .
Peili ja optinen järjestelmä kokonaisuudessaan olivat teleskoopin suunnittelun tärkeimmät osat ja niille asetettiin erityisen tiukat vaatimukset. Yleensä teleskooppipeilit valmistetaan noin kymmenesosan toleranssilla näkyvän valon aallonpituudesta , mutta koska avaruusteleskooppi oli tarkoitettu havainnointiin ultravioletti-lähi-infrapuna-alueella, ja resoluution piti olla kymmenen kertaa suurempi kuin valon aallonpituudesta. maanpäällisten instrumenttien valmistustoleranssiksi asetettiin 1/20 näkyvän valon aallonpituudesta eli noin 30 nm .
Perkin-Elmer-yhtiö aikoi käyttää uusia CNC-koneita tietyn muotoisen peilin valmistamiseen. Kodakilla oli sopimus valmistaa korvaava peili perinteisillä kiillotusmenetelmillä odottamattomien ongelmien varalta, jos tekniikkaa ei ole todistettu (Kodakin valmistama peili on tällä hetkellä esillä Smithsonian Museumissa [21] ). Pääpeilin työstäminen aloitettiin vuonna 1979 käyttämällä lasia , jonka lämpölaajenemiskerroin on erittäin pieni . Painon vähentämiseksi peili koostui kahdesta pinnasta - ala- ja yläpinnasta, jotka oli yhdistetty hunajakennorakenteen hilarakenteella. .
Peilien kiillotustyö jatkui toukokuuhun 1981 asti , kun alkuperäisiä määräaikoja rikottiin ja budjetti ylitettiin huomattavasti [22] . NASA:n raportit tuolta ajalta ilmaisivat epäilykset Perkin-Elmerin johdon pätevyydestä ja sen kyvystä saattaa onnistuneesti päätökseen niin tärkeä ja monimutkainen projekti. Rahan säästämiseksi NASA peruutti varapeilitilauksen ja siirsi laukaisupäivämäärän lokakuuhun 1984 . Työ saatiin lopulta päätökseen vuoden 1981 loppuun mennessä, kun oli levitetty 75 nm paksu alumiiniheijastava pinnoite ja 25 nm paksu magnesiumfluoridisuojapinnoite [23] [24] .
Tästä huolimatta epäilykset Perkin-Elmerin pätevyydestä säilyivät, sillä optisen järjestelmän jäljellä olevien osien töiden valmistumisaikoja lykättiin jatkuvasti ja projektin budjetti kasvoi. NASA kuvaili yrityksen toimittamia työaikatauluja "epävarmoiksi ja muuttuviksi päivittäin" ja lykkäsi kaukoputken laukaisua huhtikuuhun 1985 . Määräaikojen ylittäminen kuitenkin jatkui, viive kasvoi keskimäärin yhdellä kuukaudella joka vuosineljännes ja loppuvaiheessa päivä päivältä. NASA joutui lykkäämään laukaisua vielä kahdesti, ensin maaliskuulle ja sitten syyskuulle 1986 . Siihen mennessä hankkeen kokonaisbudjetti oli kasvanut 1,175 miljardiin dollariin [20] .
Toinen vaikea tekninen ongelma oli kantolaitteen luominen teleskooppia ja muita instrumentteja varten. Tärkeimmät vaatimukset olivat laitteiden suojaaminen jatkuvilta lämpötilanvaihteluilta kuumennettaessa suoralta auringonvalolta ja jäähtymiseltä Maan varjossa sekä erityisen tarkka kaukoputken suuntaus. Teleskooppi on asennettu kevyen alumiinikapselin sisään, joka on päällystetty monikerroksisella lämpöeristyksellä tasaisen lämpötilan varmistamiseksi. Kapselin jäykkyydestä ja laitteiden kiinnityksestä huolehtii hiilikuidusta valmistettu sisäinen tilarunko [25] .
Vaikka avaruusalus oli menestyneempi kuin optinen järjestelmä, Lockheed oli myös hieman jäljessä aikataulusta ja ylitti budjetin. Toukokuuhun 1985 mennessä kustannusten ylitys oli noin 30 % alkuperäisestä summasta, ja suunnitelman ruuhka oli 3 kuukautta. Marshallin avaruuskeskuksen laatimassa raportissa todettiin, että yritys ei tee aloitetta työn suorittamisessa, vaan luottaa parempana NASAn ohjeisiin [20] .
Vuonna 1983 NASAn ja tiedeyhteisön välisen taistelun jälkeen perustettiin Space Telescope Science Institute . Instituuttia ylläpitää AURA ( Association of Universities for Research in Astronomy ) ja se sijaitsee Johns Hopkinsin yliopiston kampuksella Baltimoressa , Marylandissa . Hopkins University on yksi 32:sta amerikkalaisesta yliopistosta ja ulkomaisesta organisaatiosta, jotka ovat yhdistyksen jäseniä. Space Telescope Science Institute vastaa tieteellisen työn organisoinnista ja tähtitieteilijöiden pääsystä saatuihin tietoihin; NASA halusi pitää nämä toiminnot hallinnassaan, mutta tutkijat halusivat siirtää ne akateemisille laitoksille [26] [27] . European Space Telescope Coordination Center perustettiin vuonna 1984 Garchingissa Saksassa tarjoamaan samanlaisia tiloja eurooppalaisille tähtitieteilijöille [28] .
Lennonohjaus uskottiin Goddard Space Flight Centerille , joka sijaitsee Greenbeltissä , Marylandissa , 48 kilometrin päässä Space Telescope Science Institutesta. Teleskoopin toimintaa valvoo vuorokauden ympäri neljän asiantuntijaryhmän toimesta. Teknistä tukea tarjoavat NASA ja kontaktoriyritykset Goddard Centerin kautta [29] .
Teleskoopin laukaisu kiertoradalle oli alun perin suunniteltu lokakuuksi 1986 , mutta Challengerin katastrofi 28. tammikuuta pysäytti avaruussukkulaohjelman useiksi vuosiksi ja laukaisua jouduttiin lykkäämään. .
Koko tämän ajan kaukoputkea säilytettiin huoneessa, jossa oli keinotekoisesti puhdistettu ilmapiiri, ja sen sisäiset järjestelmät olivat osittain päällä. Varastointikustannukset olivat noin 6 miljoonaa dollaria kuukaudessa, mikä lisäsi projektin kustannuksia entisestään [30] .
Pakotettu viivästys mahdollisti useita parannuksia: aurinkopaneelit vaihdettiin tehokkaampiin, ajoneuvon tietokonejärjestelmä ja viestintäjärjestelmät päivitettiin sekä takaosan suojakotelon rakennetta muutettiin huoltoa helpottamaan. kaukoputki kiertoradalla [30] [31] . Lisäksi kaukoputken ohjaamiseen tarkoitettu ohjelmisto ei ollut valmis vuonna 1986, ja itse asiassa se kirjoitettiin lopulta vasta, kun se lanseerattiin vuonna 1990 [32] .
Sukkulalentojen uudelleenkäynnistyksen jälkeen vuonna 1988 laukaisu ajoitettiin lopulta vuodelle 1990 . Ennen laukaisua peiliin kertynyt pöly poistettiin puristetulla typellä ja kaikki järjestelmät testattiin perusteellisesti. .
Discovery- sukkula STS-31 laukaistiin 24. huhtikuuta 1990, ja seuraavana päivänä kaukoputki aiotulle kiertoradalle [33] .
Suunnittelun alusta lanseeraukseen käytettiin 2,5 miljardia dollaria, kun alkuperäinen budjetti oli 400 miljoonaa dollaria; hankkeen kokonaiskustannukset olivat vuoden 1999 arvion mukaan Amerikan puolelta 6 miljardia dollaria, ja ESA maksoi 593 miljoonaa euroa [34] .
Aluksella oli laukaisuhetkellä kuusi tieteellistä instrumenttia:
Jo ensimmäisinä viikkoina työn alkamisen jälkeen saadut kuvat osoittivat vakavan ongelman kaukoputken optisessa järjestelmässä. Vaikka kuvanlaatu oli parempi kuin maassa sijaitsevien kaukoputkien, Hubble ei pystynyt saavuttamaan määritettyä terävyyttä ja kuvien resoluutio oli paljon odotettua huonompi. Pistelähdekuvien säde oli yli 1,0 kaarisekuntia sen sijaan, että ne keskittyivät ympyrään, jonka halkaisija on 0,1 sekuntia, kuten [39] [40] määritetään .
Kuva-analyysi osoitti, että ongelman lähde on ensisijaisen peilin väärä muoto. Vaikka se oli ehkä tarkin laskettu peili, joka on koskaan tehty, ja sen toleranssi ei ylittänyt 1/20 näkyvän valon aallonpituudesta, se tehtiin liian litteäksi reunoista. Poikkeama annetusta pinnan muodosta oli vain 2 μm [41] , mutta tulos oli katastrofaalinen – peilissä oli voimakas pallopoikkeama (optinen vika, jossa peilin reunoista heijastuva valo fokusoituu eri pisteeseen kuin se, johon heijastunut valo keskittyy). peilin keskeltä) [42] .
Vian vaikutus tähtitieteelliseen tutkimukseen riippui tietystä havainnointityypistä – sirontaominaisuudet olivat riittävät ainutlaatuisten korkearesoluutioisten havaintojen saamiseksi kirkkaista kohteista, ja spektroskopiaan ei myöskään käytännössä vaikuttanut [43] . Merkittävän osan valovirran menetys defokusoinnin vuoksi heikensi kuitenkin merkittävästi kaukoputken soveltuvuutta hämärien kohteiden havainnointiin ja korkeakontrastisten kuvien saamiseen. Tämä tarkoitti, että lähes kaikista kosmologisista ohjelmista tuli yksinkertaisesti mahdottomia toteuttaa, koska ne vaativat erityisen hämärien kohteiden havaintoja [42] .
Vian syytPistevalolähteiden kuvia analysoimalla tähtitieteilijät havaitsivat, että peilin kartiomaisuus on −1,0139 vaaditun −1,00229 sijaan [44] [45] . Sama luku saatiin tarkistamalla Perkin-Elmer-yhtiön käyttämät nollakorjaimet (laitteet, jotka mittaavat kiillotetun pinnan kaarevuutta suurella tarkkuudella) sekä analysoimalla peilin maatestauksessa saadut interferogrammit [46] .
Jet Propulsion Laboratoryn johtajan Lew Allenin johtama komissio totesi, että vika johtui virheestä päänollakorjaimen asennuksessa, jonka kenttälinssi oli siirtynyt 1,3 mm oikeasta asennosta. Vaihto johtui laitteen kokoaneen teknikon virheestä. Hän teki virheen työskennellessään lasermittauslaitteella, jota käytettiin laitteen optisten elementtien tarkkaan sijoittamiseen, ja kun hän asennuksen jälkeen huomasi odottamattoman raon linssin ja sen tukirakenteen välillä, hän yksinkertaisesti asetti tavallinen metallialuslevy [ 47] .
Peilin kiillotuksen aikana sen pinta tarkastettiin kahdella muulla nollakorjaimella, joista jokainen osoitti oikein pallopoikkeaman olemassaolon . Nämä tarkastukset on suunniteltu erityisesti sulkemaan pois vakavat optiset viat. Selkeistä laadunvalvontaohjeista huolimatta yritys jätti mittaustulokset huomioimatta ja uskoi, että kaksi nollakorjainta olivat vähemmän tarkkoja kuin tärkein, jonka lukemat osoittivat peilin ihanteellisen muodon [48] .
Komissio syytti tapahtuneesta ensisijaisesti esiintyjää. Optiikan yrityksen ja NASA : n väliset suhteet huononivat vakavasti kaukoputken työskentelyn aikana työaikataulujen jatkuvan häiriön ja kustannusten ylityksen vuoksi. NASA havaitsi, että Perkin-Elmer ei pitänyt peilityötä suurena osana liiketoimintaansa ja oli varma, että tilausta ei voitu siirtää toiselle urakoitsijalle työn alkaessa. Vaikka komissio kritisoi yritystä ankarasti, osa vastuusta oli myös NASAlla, ensisijaisesti siitä, että se ei pystynyt havaitsemaan vakavia laadunvalvontaongelmia ja sopimuspuolen menettelyjen rikkomista [47] [49] .
Ratkaisun löytäminenKoska kaukoputki suunniteltiin alun perin huollettavaksi kiertoradalla, tutkijat alkoivat heti etsiä mahdollista ratkaisua, jota voitaisiin soveltaa ensimmäisellä teknisellä tehtävällä, joka oli suunniteltu vuodelle 1993 . Vaikka Kodak oli valmistanut varapeilin kaukoputkea varten, sen korvaaminen avaruudessa ei ollut mahdollista, ja kaukoputken poistaminen kiertoradalta peilin korvaamiseksi Maan päällä olisi liian pitkää ja kallista. Se, että peili kiillotettiin epäsäännölliseen muotoon suurella tarkkuudella, johti ajatukseen uuden optisen komponentin kehittämisestä, joka suorittaisi virhettä vastaavan muunnoksen, mutta päinvastaisella merkillä. Uusi laite toimisi kuten teleskooppilasit, jotka korjaavat pallopoikkeaman [50] .
Välineiden suunnitteluerojen vuoksi oli tarpeen kehittää kaksi erilaista korjauslaitetta. Yksi oli suurikokoiselle planeettakameralle, jossa oli erikoispeilit, jotka ohjasivat valoa sen antureille, ja korjaus voitiin tehdä käyttämällä erimuotoisia peilejä, jotka kompensoivat poikkeaman täysin. Vastaava muutos tehtiin uuden planeettakammion suunnittelussa. Muissa laitteissa ei ollut heijastavia välipintoja, joten ne tarvitsivat ulkoisen korjaavan laitteen [51] .
Optinen korjausjärjestelmä (COSTAR)Pallopoikkeaman korjaamiseen suunniteltu järjestelmä sai nimen COSTAR ja koostui kahdesta peilistä, joista toinen kompensoi vian [52] . COSTARin asentamiseksi teleskooppiin oli tarpeen purkaa yksi instrumenteista, ja tutkijat päättivät lahjoittaa nopean fotometrin [53] [54] .
Kolmen ensimmäisen käyttövuoden aikana, ennen korjauslaitteiden asentamista, teleskooppi teki suuren määrän havaintoja [43] [55] . Erityisesti vika ei vaikuttanut spektroskooppisiin mittauksiin. Vian vuoksi peruutetuista kokeista huolimatta on saavutettu monia tärkeitä tieteellisiä tuloksia, mukaan lukien uusien algoritmien kehittäminen kuvanlaadun parantamiseksi dekonvoluution avulla [56] .
Hubblen huolto suoritettiin avaruussukkula " Space Shuttle " -avaruuskävelyjen aikana .
Hubble-teleskoopin huoltoa varten suoritettiin yhteensä neljä tutkimusmatkaa, joista yksi oli jaettu kahteen lajiin [57] [58] .
Peilin paljastuneen vian yhteydessä ensimmäisen huoltoretken merkitys oli erityisen suuri, sillä sen piti asentaa korjaava optiikka kaukoputkeen. Lento "Endeavour" STS-61 tapahtui 2.-13.12.1993 , työ kaukoputken parissa jatkui kymmenen päivää. Tutkimusmatka oli yksi historian vaikeimmista, ja osana sitä tehtiin viisi pitkää avaruuskävelyä. .
Suurinopeuksinen fotometri korvattiin optisella korjausjärjestelmällä, Wide Field and Planetary Camera korvattiin uudella mallilla ( WFPC2 ( Wide Field and Planetary Camera 2 ) sisäisellä optisella korjausjärjestelmällä [53] [54] ) . Kamerassa oli kolme nelikulmaista CCD -kennoa kytkettynä yhteen kulmaan ja pienempi, korkeamman resoluution "planetaarinen" anturi neljänteen kulmaan. Siksi kameran otoksilla on tyypillinen sirotetun neliön muoto [59] .
Lisäksi vaihdettiin aurinkopaneelit ja akkukäytön ohjausjärjestelmät, neljä ohjausjärjestelmägyroskooppia , kaksi magnetometriä ja päivitettiin ajotietokonejärjestelmä. Myös ratakorjaus tehtiin, mikä oli tarpeen ilman kitkan aiheuttaman korkeuden menetyksen vuoksi liikkuessa yläilmakehässä .
31. tammikuuta 1994 NASA ilmoitti operaation onnistumisesta ja näytti ensimmäiset paljon parempilaatuiset kuvat [60] . Tutkimusmatkan onnistunut loppuun saattaminen oli suuri saavutus sekä NASA:lle että tähtitieteilijöille, joilla on nyt käytössään täydellinen instrumentti.
Toinen huolto suoritettiin 11.-21. helmikuuta 1997 osana Discovery-tehtävää STS-82 [61] . Goddard Spectrograph ja Dim Object Spectrograph on korvattu Space Telescope Imaging Spectrograph STIS ) ja Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS ) .
NICMOS mahdollistaa havainnot ja spektrometrian infrapuna - alueella 0,8-2,5 µm. Tarvittavien alhaisten lämpötilojen saavuttamiseksi laitteen ilmaisin asetettiin Dewar-astiaan ja jäähdytettiin vuoteen 1999 asti nestemäisellä typellä [61] [62] .
STIS:n toiminta-alue on 115-1000 nm ja sen avulla voit suorittaa kaksiulotteisen spektrografian, eli saada useiden kohteiden spektrin samanaikaisesti näkökentässä .
Myös aluksen tallennin vaihdettiin, lämpöeristys korjattiin ja kiertorata korjattiin [61] [63] .
Expedition 3A ( Discovery STS-103 ) tapahtui 19.-27. joulukuuta 1999 sen jälkeen, kun oli tehty päätös suorittaa osa kolmannen palveluohjelman töistä etuajassa. Tämä johtui siitä, että kolme ohjausjärjestelmän kuudesta gyroskoopista epäonnistui. Neljäs gyroskooppi epäonnistui muutama viikko ennen lentoa, mikä teki teleskoopin käyttökelvottomaksi havainnointiin. Retkikunta korvasi kaikki kuusi gyroskooppia, hienon opastusanturin ja ajotietokoneen . Uudessa tietokoneessa käytettiin Intel 80486 -prosessoria erityisessä suunnittelussa - paremmalla säteilynkestävyydellä. Tämä mahdollisti joidenkin laskelmien suorittamisen, jotka aiemmin tehtiin maan päällä käyttämällä laivakompleksia [64] .
Expedition 3B (neljäs tehtävä) valmistui 1.-12. maaliskuuta 2002 Columbian lennon STS-109 aikana . Tutkimusmatkan aikana hämärän kohteen kamera korvattiin Advanced Camera for Surveys ( ACS) -kameralla . NICMOS-instrumentti (lähi-infrapunakamera ja moniobjektispektrometri), jonka jäähdytysjärjestelmästä loppui nestemäinen typpi vuonna 1999, palautettiin toimintaan - jäähdytysjärjestelmä korvattiin suljetulla jäähdytysyksiköllä, joka toimii käänteisellä Brayton-syklillä [65 ] .
Aurinkopaneelit vaihdettiin toisen kerran . Uudet paneelit olivat pinta-alaltaan kolmanneksen pienemmät, mikä vähensi merkittävästi kitkahäviöitä ilmakehässä, mutta samalla tuotti 30 % enemmän energiaa, mikä mahdollisti työskentelyn samanaikaisesti kaikkien observatorioon asennettujen laitteiden kanssa. Myös sähkönjakeluyksikkö vaihdettiin, mikä vaati täydellisen sähkökatkoksen aluksella ensimmäistä kertaa käynnistämisen jälkeen [66] .
Tehty työ laajensi merkittävästi kaukoputken ominaisuuksia. Kaksi työn aikana käyttöön otettua instrumenttia - ACS ja NICMOS - mahdollistivat kuvien saamisen syvästä avaruudesta .
Viides ja viimeinen huolto (SM4) suoritettiin 11.-24.5.2009 osana Atlantis -tehtävää STS-125 . Korjaus sisälsi yhden kolmesta tarkkuusohjausanturista, kaikkien gyroskooppien vaihdon, uusien paristojen asennuksen, dataformaattiyksikön ja lämpöeristyksen korjauksen. Myös parannetun havaintokameran ja tallentavan spektrografin suorituskyky palautettiin ja uudet instrumentit asennettiin [67] .
KeskusteluAiemmin seuraava tutkimusmatka oli suunniteltu helmikuulle 2005 , mutta Columbia-sukkulan katastrofin jälkeen maaliskuussa 2003 sitä lykättiin määräämättömäksi ajaksi, mikä vaaransi Hubblen jatkotyön. Jopa sukkulalentojen uudelleen aloittamisen jälkeen tehtävä peruttiin, koska päätettiin, että jokaisen avaruuteen menevän sukkulan tulee päästä ISS :lle toimintahäiriöiden sattuessa, ja kiertoradan kaltevuus- ja korkeuserojen suuren eron vuoksi sukkula ei pystynyt telakoitumaan asemalle vierailtuaan kaukoputkessa [68] [69] .
Kongressin ja yleisön painostuksesta ryhtyä toimiin kaukoputken pelastamiseksi, 29. tammikuuta 2004 Sean O'Keefe , silloinen NASA:n ylläpitäjä, ilmoitti harkitsevansa uudelleen päätöstä kaukoputken tutkimusmatkan peruuttamisesta [70] .
13. heinäkuuta 2004 Yhdysvaltain tiedeakatemian virallinen komitea hyväksyi suosituksen, jonka mukaan kaukoputki pitäisi säilyttää ilmeisestä vaarasta huolimatta, ja saman vuoden elokuun 11. päivänä O'Keeffe käski Goddard Centeriä valmistelemaan yksityiskohtaisia ehdotuksia robottikäyttöön . kaukoputken huolto . Tätä suunnitelmaa tutkittuaan se tunnustettiin "teknisesti mahdottomaksi" [70] .
31. lokakuuta 2006 NASAn uusi ylläpitäjä Michael Griffin ilmoitti virallisesti valmistelevansa viimeistä kaukoputken korjaus- ja päivitystehtävää [71] .
KorjaustyötKorjausmatkan alkuun mennessä alukseen oli kertynyt useita toimintahäiriöitä, joita ei voitu poistaa ilman kaukoputken käyntiä: Recording Spectrographin (STIS) ja Advanced Survey Camera (ACS) varavirtajärjestelmät pettivät, koska jonka seurauksena STIS lopetti toimintansa vuonna 2004 ja ACS toimi rajoitetusti. Suuntausjärjestelmän kuudesta gyroskoopista vain neljä toimi. Lisäksi teleskoopin nikkeli-vetyparistot vaativat vaihtoa [72] [73] [74] [75] [76] .
Viat korjattiin kokonaan korjauksen aikana, kun Hubbleen asennettiin kaksi täysin uutta laitetta: Ultraviolet Spectrograph ( englanniksi Cosmic Origin Spectrograph, COS ) asennettiin COSTAR-järjestelmän tilalle; Koska kaikissa tällä hetkellä koneissa olevissa laitteissa on sisäänrakennetut välineet pääpeilin vian korjaamiseksi, järjestelmän tarve on kadonnut. WFC2-laajakulmakamera on korvattu uudella mallilla - WFC3 ( Wide Field Camera 3 ), jolla on korkeampi resoluutio ja herkkyys erityisesti infrapuna- ja ultraviolettialueella [77] .
Suunniteltiin, että tämän tehtävän jälkeen Hubble-teleskooppi jatkaisi toimintaansa kiertoradalla ainakin vuoteen 2014 asti [77] .
15 vuoden työskentelyn aikana lähellä Maan kiertoradalla Hubble sai 1,022 miljoonaa kuvaa taivaankappaleista - tähdistä, sumuista, galakseista, planeetoista. Sen kuukausittain havainnointiprosessin aikana luoma tietovirta on noin 480 Gt [78] . Niiden koko kaukoputken käyttöiän aikana kertynyt kokonaismäärä ylitti 80 teratavua vuonna 2018 [1] . Yli 3900 tähtitieteilijää on voinut käyttää sitä havaintoihin, noin 4000 artikkelia on julkaistu tieteellisissä aikakauslehdissä . On todettu, että tämän kaukoputken tietoihin perustuvien tähtitieteellisten artikkelien viittausindeksi on keskimäärin kaksi kertaa korkeampi kuin muihin tietoihin perustuvien artikkelien viittausindeksi. Joka vuosi 200 siteeratuimman artikkelin luettelossa vähintään 10 % on Hubblen materiaaleihin perustuvia teoksia. Noin 30 prosentilla tähtitieteestä yleensä ja vain 2 prosentilla avaruusteleskoopin avulla tehdyistä papereista on nollaviiteindeksi [79] .
Hubblen saavutuksista maksettava hinta on kuitenkin erittäin korkea: erityyppisten kaukoputkien vaikutuksesta tähtitieteen kehitykseen tehdyssä erikoistutkimuksessa havaittiin, että vaikka kiertävän kaukoputken avulla tehdyillä töillä on täydellinen lainaus. Indeksi on 15 kertaa suurempi kuin maassa sijaitsevalla 4-metrisellä peilillä varustetulla heijastimella , avaruusteleskoopin ylläpitokustannukset ovat vähintään 100 kertaa korkeammat [80] .
Kuka tahansa henkilö tai organisaatio voi hakea työskentelyä kaukoputken kanssa – ei ole kansallisia tai akateemisia rajoituksia. Kilpailu havaintoajasta on erittäin kovaa, yleensä pyydetty kokonaisaika on 6-9 kertaa suurempi kuin todellisuudessa käytettävissä oleva aika [99] .
Tarkkailuhaku julkaistaan noin kerran vuodessa. Sovellukset jakautuvat useisiin luokkiin. :
Lisäksi 10 % havaintoajasta jää ns. " Space Telescope Instituten johtajan reserviin " [100] . Tähtitieteilijät voivat hakea reservin käyttöä milloin tahansa, sitä käytetään yleensä suunnittelemattomien lyhytaikaisten ilmiöiden, kuten supernovaräjähdysten , havainnointiin . Myös Hubble Deep Field- ja Hubble Ultra Deep Field -ohjelmien syväavaruustutkimuksia tehtiin johtajan reservin kustannuksella. .
Ensimmäisten vuosien aikana osa ajasta varattiin amatööritähtitieteilijöille [101] . Heidän hakemuksensa käsitteli komitea, joka koostui myös merkittävimmistä tähtitieteilijöistä. Hakemuksen tärkeimmät vaatimukset olivat tutkimuksen omaperäisyys sekä aiheen ja ammattitähtitieteilijöiden esittämien pyyntöjen välinen ristiriita. Yhteensä vuosina 1990-1997 tehtiin 13 havaintoa käyttäen amatööritähtitieteilijöiden ehdottamia ohjelmia. Myöhemmin instituutin budjettileikkausten vuoksi ei-ammattilaisten ajanvaraus lopetettiin [102] [103] .
Havainnoinnin suunnittelu on erittäin monimutkainen tehtävä, koska on tarpeen ottaa huomioon monien tekijöiden vaikutus:
Hubblen tiedot tallennetaan ensin sisäisiin asemiin, kelasta kelaan nauhureita käytettiin tässä ominaisuudessa julkaisun yhteydessä, Expedition 2 ja 3A aikana ne korvattiin solid-state-asemilla . Sitten data välitetään Goddard Centeriin [106] geostationaarisella kiertoradalla sijaitsevan tietoliikennesatelliittien TDRSS -järjestelmän kautta .
Ensimmäisen vuoden aikana vastaanottopäivästä tiedot toimitetaan vain päätutkijalle (havaintohakijalle), minkä jälkeen ne sijoitetaan arkistoon, johon on vapaa pääsy [107] . Tutkija voi pyytää instituutin johtajalta tämän määräajan lyhentämistä tai pidentämistä [108] .
Ohjaajan varauksesta ajan kustannuksella tehdyt havainnot sekä apu- ja tekniset tiedot tulevat välittömästi julkisiksi .
Arkiston tiedot tallennetaan FITS -muodossa , joka on kätevä tähtitieteellistä analyysiä varten [109] .
Instrumenttien CCD-ryhmistä otetuille tähtitieteellisille tiedoille on tehtävä sarja muunnoksia, ennen kuin niistä tulee analyysikelpoisia. Space Telescope Institute on kehittänyt ohjelmistopaketin automaattista tietojen muuntamista ja kalibrointia varten. Muunnokset suoritetaan automaattisesti, kun tietoja pyydetään. Suuren tietomäärän ja algoritmien monimutkaisuuden vuoksi käsittely voi kestää päivän tai kauemmin [110] .
Tähtitieteilijät voivat myös ottaa raakadatan ja suorittaa tämän toimenpiteen itse, mikä on kätevää, kun muunnosprosessi poikkeaa standardista [110] .
Tietoja voidaan käsitellä eri ohjelmilla, mutta Telescope Institute tarjoaa STSDAS- paketin ( Eng. Space Telescope Science Data Analysis System - "Science Telescope Science Data Analysis System"). Paketti sisältää kaikki tietojenkäsittelyyn tarvittavat ohjelmat, jotka on optimoitu työskentelemään Hubble-tietojen kanssa. Paketti toimii suositun tähtitieteen ohjelman IRAF [111] moduulina .
Laajakulmakamera, Hubblen pääinstrumentti, on itse mustavalkoinen, mutta siinä on laaja kapeakaistaisten suodattimien makasiini. Hubble-palettinimellä värikuvan kokoaminen kolmesta eri aallonpituudella olevasta kuvasta jäi historiaan [112] :
Kuvat kohdistetaan kirkkauden mukaan, yhdistetään ja ilmoitetaan RGB - kuvien kanaviksi. Suurin osa Hubblen tunnetuista värikuvista tehtiin tässä paletissa [113] . Sinun on ymmärrettävä, että värit eivät ole totta, ja kun kuvaat oikeilla väreillä (esimerkiksi kameralla), kuplasumu on punainen .
Avaruusteleskooppiprojektille on aina ollut tärkeää vangita suuren yleisön huomio ja mielikuvitus ja erityisesti amerikkalaiset veronmaksajat, jotka ovat antaneet merkittävimmän panoksen Hubblen rahoitukseen. .
Yksi tärkeimmistä PR:lle on Hubble Heritage [ -hanke [ 115] . Sen tehtävänä on julkaista kaukoputken visuaalisesti ja esteettisesti miellyttävimmät kuvat. Projektigalleriat sisältävät alkuperäisten JPG- ja TIFF -muotoisten kuvien lisäksi myös niiden pohjalta tehtyjä kollaaseja ja piirroksia. Hankkeelle varattiin pieni määrä havaintoaikaa täysimittaisten värikuvien saamiseksi kohteista, joiden valokuvaaminen spektrin näkyvässä osassa ei ollut tutkimuksen kannalta välttämätöntä .
Lisäksi Space Telescope Institute ylläpitää useita verkkosivuja , joissa on kuvia ja kattavaa tietoa kaukoputkesta [116] .
Vuonna 2000 perustettiin julkisen tiedon toimisto koordinoimaan eri osastojen toimia . .
Euroopassa vuodesta 1999 lähtien Euroopan avaruusteleskooppikoordinaatiokeskukseen perustettu European Information Center ( eng. Hubble European Space Agency Information Center , HEIC ) , on harjoittanut suhdetoimintaa . Keskus vastaa myös ESAn teleskooppiin liittyvistä koulutusohjelmista [117] .
Vuonna 2010 julkaistiin elokuva " Hubble IMAX 3D " IMAX -muodossa , joka kertoo teleskoopista ja avaruusetäisyyksistä. Elokuvan on ohjannut Tony Myers .
Hubble-teleskooppi on ollut kiertoradalla yli 30 vuotta . Expedition 4:n suorittamien korjausten jälkeen Hubblen odotettiin toimivan kiertoradalla vuoteen 2014 [118] , jonka jälkeen se korvattiin James Webbin avaruusteleskoopilla . Mutta merkittävä ylibudjetti ja James Webbin rakentamisen viivästyminen pakottivat NASA:n siirtämään odotetun operaation aloituspäivämäärän ensin syyskuuhun 2015 ja sitten lokakuuhun 2018. Laukaisu tapahtui 25. joulukuuta 2021 [119] .
Marraskuussa 2021 teleskoopin käyttösopimusta jatkettiin 30.6.2026 asti [120] .
Operaation päätyttyä Hubble upotetaan Tyynelle valtamerelle valitsemalla ei-purjehduskelpoinen alue tätä varten. Alustavien arvioiden mukaan noin 5 tonnia jätettä jää palamatta, ja avaruusteleskoopin kokonaismassa on 11 tonnia. Laskelmien mukaan sen pitäisi deorbitoida vuoden 2030 jälkeen. .
5.10.2018 kolmas teleskoopin kuudesta suuntagyroskoopista epäonnistui; kun viimeistä varagyroskooppia yritettiin laittaa toimintaan, havaittiin, että sen pyörimisnopeus oli paljon normaalia suurempi, ja teleskooppi siirrettiin turvatilaan. . Suorittamalla sarja liikkeitä ja käynnistämällä gyroskooppia toistuvasti eri tiloissa ongelma ratkesi ja teleskooppi siirrettiin normaalitilaan 26. lokakuuta. Teleskoopin täysi toiminta edellyttää kolmen toimivan gyroskoopin läsnäoloa, varagyroskooppien loppumisen vuoksi seuraavan vian jälkeen teleskooppi kytketään toimintatilaan yhdellä gyroskoopilla ja toinen jäljellä oleva siirretään reserviin. Tämä heikentää osoitustarkkuutta ja saattaa tehdä tietyntyyppiset havainnot mahdottomaksi, mutta antaa Hubblen toimia mahdollisimman pitkään [121] .
8. tammikuuta 2019 kaukoputken laajakenttäkamera 3 sammui automaattisesti virtapiirin epänormaalin jännitetason vuoksi [122] . Laitteen toiminnan palauttamistyössä todettiin, että kamera toimii normaalisti ja poikkeavat jännitearvot johtuvat ohjaus- ja mittauslaitteiden toimintahäiriöistä. Asianomaisten yksiköiden uudelleenkäynnistyksen jälkeen ongelma korjattiin ja kameran toiminta palautui täysin 17. tammikuuta [123] .
13.6.2021 tieteellisten instrumenttien työtä ohjaava ja koordinoiva aluksen hyötykuormatietokone NSSC-1 (NASA Standard Spacecraft Computer-1) lakkasi vastaamasta komentoihin. Seuraavana päivänä operaatiotiimi ei kyennyt käynnistämään tietokonetta uudelleen tai siirtymään varamuistimoduuliin. Kesäkuun 17. päivän iltana NASA epäonnistui toistuvissa yrityksissä käynnistää uudelleen ja vaihtaa, ja sitten epäonnistui korjata ajotietokoneen vian ja jatkaa tieteellisiä havaintoja; koko tämän ajan kaukoputki toimi turvatilassa. NASA totesi, että itse teleskooppi ja siinä olevat tieteelliset instrumentit ovat "hyvässä kunnossa" [124] [125] . 15. heinäkuuta 2021 NASAn insinöörit siirtyivät onnistuneesti valmiustilaan ja ottivat käyttöön hyötykuormatietokoneen [126] . Tieteelliset havainnot jatkuivat iltapäivällä 17. heinäkuuta 2021 [127] .
Teleskooppi on modulaarinen ja sisältää viisi lokeroa optisille instrumenteille. Yhdessä osastossa pitkään (1993-2009) oli korjaava optinen järjestelmä (COSTAR), joka asennettiin ensimmäisen huoltoretken aikana vuonna 1993 kompensoimaan pääpeilin valmistuksessa esiintyviä epätarkkuuksia. Koska kaikissa kaukoputken laukaisun jälkeen asennetuissa instrumenteissa on sisäänrakennetut viankorjausjärjestelmät, viime tutkimusmatkalla tuli mahdolliseksi purkaa COSTAR-järjestelmä ja käyttää osastoa ultraviolettispektrografin asentamiseen. .
Avaruusteleskooppiin asennettavien instrumenttien aikajana (äskettäin asennetut instrumentit kursiivilla) :
Osasto 1 | Osasto 2 | Osasto 3 | Osasto 4 | Osasto 5 | |
---|---|---|---|---|---|
Teleskoopin laukaisu (1990) | Laajakulma- ja planeettakamera | Goddard korkean resoluution spektrografi | Kamera hämärien kohteiden kuvaamiseen | Himmeä objektispektrografi | nopea fotometri |
Ensimmäinen tutkimusmatka (1993) | Laajakulma- ja planeettakamera - 2 | Goddard korkean resoluution spektrografi | Kamera hämärien kohteiden kuvaamiseen | Himmeä objektispektrografi | COSTAR järjestelmä |
Toinen tutkimusmatka (1997) | Laajakulma- ja planeettakamera - 2 | Avaruusteleskoopin tallennusspektrografi | Kamera hämärien kohteiden kuvaamiseen | Kamera ja NIR-moniobjektispektrometri | COSTAR järjestelmä |
Kolmas tutkimusretki (B) (2002) | Laajakulma- ja planeettakamera - 2 | Avaruusteleskoopin tallennusspektrografi | Edistyksellinen yleiskuvakamera | Kamera ja NIR-moniobjektispektrometri | COSTAR järjestelmä |
Neljäs tutkimusmatka (2009) | Leveä kamera - 3 | Avaruusteleskoopin tallennusspektrografi | Edistyksellinen yleiskuvakamera | Kamera ja NIR-moniobjektispektrometri | Ultraviolettispektrografi |
Kuten edellä todettiin, ohjausjärjestelmää käytetään myös tieteellisiin tarkoituksiin. .
Hubble-teleskooppi Google Maps KMZ ( 3D - malli - KMZ - tiedosto Google Earthille )
Sosiaalisissa verkostoissa | ||||
---|---|---|---|---|
Temaattiset sivustot | ||||
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
|
Euroopan avaruusjärjestö | |||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||
|
avaruusteleskoopit | |
---|---|
Toiminnassa |
|
Suunniteltu |
|
Ehdotettu | |
historiallinen |
|
Lepotila (tehtävä suoritettu) |
|
Kadonnut | |
Peruutettu | |
Katso myös | |
Kategoria |
Hubble-avaruusteleskooppi | |
---|---|
Instrumentit laivalla |
|
Työkaluja poistettu |
|
sukkulatehtäviä |
|
Merkittäviä kuvia (suluissa tiedonkeruun vuodet) |
|
Liittyvät |