Teleskop Hubble’a – misje serwisowe

0
26

Misja teleskopu Hubble’a, zagrożona została już na samym początku jego pracy. Wielkie nadzieje pokładane w analizie obrazów najdalszych i najstarszych zakątków Wszechświata dostarczanych z orbity okołoziemskiej przez moment zmieniły się w nie mniejsze rozczarowanie. Jak się później okazało była to tylko pierwsza z usterek, która postawiła właściwe działanie teleskopu pod znakiem zapytania. Przed inżynierami było wówczas jeszcze pięć trudnych misji serwisowych, które miały odbyć się w realiach przestrzeni kosmicznej. 

Prace podczas misji serwisowej STS-61 w 1993 roku

Teleskop wyniesiono na orbicie wahadłowcem Discovery 24 kwietnia 1990 roku, ale już po kilku tygodniach jego pracy zauważono, że ma on wadę, którą można by nazwać “fabryczną”. Na podstawie dostarczanych obrazów astronomowie zorientowali się, że główne zwierciadło o średnicy 2,4 metra na skutek błędnego działania aparatury pomiarowej na Ziemi zostało wadliwie zaprojektowane. Niewłaściwy profil zwierciadła generował zniekształcone obrazy najbardziej odległych galaktyk, których obserwacja miała być najważniejszą częścią misji teleskopu. Błąd był rzędu jedynie dwóch tysięcznych milimetra, jednak w tym przypadku tak drobna pomyłka czyniła cały projekt praktycznie bezużytecznym. 

Misja serwisowa STS-61. Grudzień 1993

STS-61

W 1993 roku wysłano pierwszą misję serwisową (STS-61), która przywróciła właściwe obrazowanie teleskopu w pierwotnie zakładanym wymiarze. Teleskop wyposażony został w stosowne “okulary” korekcyjne, czyli COSTAR (Moduł Korekcyjnej Optyki Osiowej), system korygujący obraz przekazywany przez Hubble’a. Korekcja dotyczyła pracy trzech modułów: Kamery Obiektów Słabych (FOC), Spektrografu Obiektów Słabych (FOS) i Spektrografu Wysokich Rozdzielczości Goddarda (GHRS). Przy okazji zdecydowano się wymienić główną Kamerę Szerokokątną i Planetarną WF/PC zastępując ją kamerą WFPC2, nowocześniejszą, wyposażoną w lepszy układ optyczny, zbudowany z czterech przetworników CCD o rozdzielczości 800×800 pikseli każdy. Podczas tej misji serwisowej dokonano także wymiany paneli słonecznych i elektroniki sterującej ich położeniem, modułów elektronicznej kontroli żyroskopów, koprocesorów komputera systemu sterowania, dwóch magnetometrów oraz dwóch elektrycznych jednostek sterujących.

Astronauta Steve Smith podczas STS-82 w 1997 roku

STS-82

Druga misja serwisowa miała miejsce w lutym 1997 roku i związana była z instalacją dwóch nowych instrumentów rozszerzających zakres długości fal rejestrowanych przez teleskop w zakresie bliskiej podczerwieni (obrazowanie oraz spektroskopia). Serwisowanie dotyczyło wymiany Spektrografu Wysokich Rozdzielczości Goddarda (GHRS) oraz Spektrograf Obiektów Słabych (FOS). Podzespoły zastąpione zostały Spektrometrem Obrazującym Teleskopu Kosmicznego (STIS) oraz Kamerą Bliskiej Podczerwieni i Spektrometrem Wieloobiektowy (NICMOS). Przeprowadzono też kilka niezbędnych drobnych napraw układów teleskopowych. Całość operacji odbyła się w ramach lotu promu Discovery.

STS-82

STS-103/ STS-109

Trzecią misję serwisową podzielono na dwa etapy. Pierwszy (3A) odbył się w grudniu 1999 roku po tym jak awarii uległy kolejno cztery z sześciu znajdujących się na pokładzie żyroskopów, uniemożliwiając tym samym sterowanie położeniem teleskopu. Działania serwisowe przeprowadzone podczas lotu promu Discovery obejmowały wymianę całego zespołu żyroskopowego, a także komputera pokładowego oraz interferometru (Fine Guidance Sensor – FGS). Zainstalowano także układ zapobiegający przeładowaniu akumulatorów oraz wyłączono NICMOS do czasu instalacji eksperymentalnego systemu chłodzenia podczas drugiego etapu trzeciej misji serwisowej (3B, określanej także jako czwarta misja) zrealizowanej przez Columbię w marcu 2002. Wówczas także wymienione zostały panele słoneczne (zapewniając 30-procentowy wzrost energii) oraz przeprowadzony demontaż Kamery Obiektów Słabych FOC (Faint Object Camera) zastąpionej przez zaawansowaną kamerę pomiarową ACS. W ten sposób wszystkie podzespoły miały już wbudowaną autonomiczną korekcję profilu zwierciadła i moduł COSTAR przestał być potrzebny.

STS-103 – grudzień 1999

STS-125

STS-125 była ostatnią misją serwisową teleskopu Hubble’a zrealizowaną w maju 2009 roku. Misja przewidziana była na rok 2004, jednak w związku z katastrofą promu Columbia została odroczona. Wahadłowiec Atlantis przetransportował dwa nowe instrumenty mająca zastąpić uszkodzone układy (STIS, ACS): spektrograf Cosmic Origins (niezwykle czuły spektrograf ultrafioletowy) i kamerę Wide Field 3 (rejestrator szerokiego zakresu długości fal, w tym światła podczerwonego, widzialnego i ultrafioletowego). Podczas serwisowania wymianie poddano również czujnik precyzyjnego naprowadzania, zespół sześciu żyroskopów i dwa moduły akumulatora umożliwiające działanie teleskopu co najmniej do 2014 roku. Zainstalowano również nowe panele słoneczne, izolujący płaszcz termiczny, oraz tzw. mechanizm miękkiego przechwytywania, pomocny w bezpiecznej deorbitacji teleskopu pod koniec jego okresu eksploatacji. Na pokładzie znalazła się również nowa jednostka Science Instrument Command and Data Handling (SIC&DH), komputer który zawiódł we wrześniu 2008 roku wymuszając przełożenie startu misji serwisowej, i który okaże się kluczowy podczas usuwania skutków awarii z 2021 roku. STS-125 była jak dotąd ostatnią misją serwisową teleskopu w przestrzeni kosmicznej.

Kolejne usterki i naprawy

Podczas misji STS-125

Wśród sześciu żyroskopów wymienionych w 2009 roku połowa z nich była starszej konstrukcji, o podwyższonym stopniu awaryjności. Pierwszy z tego rodzaju żyroskopów uległ awarii w marcu 2014 roku, drugi w kwietniu 2018 roku, a 5 października 2018 posłuszeństwa odmówił ostatni z trójki. Jeden z żyroskopów nowego typu przeszedł wówczas ze stanu czuwania w stan gotowości (właściwa praca teleskopu wymaga poprawnego działania trzech z sześciu żyroskopów), jednak jego natychmiastowe działanie nie było możliwe co wywołało pracę w trybie awaryjnym i wstrzymanie prowadzonych obserwacji. 18 października problemy udało się rozwiązać i teleskop powrócił do działania. 

Problemy z ​​Wide Field Camera 3, które pojawiły się w styczniu 2019 dotyczyły telemetrii urządzenia. Po zresetowaniu obwodów telemetrycznych po kilku dniach udało się przywrócić poprawność działania odzyskując ciągłość pracy urządzenia.

Awaria z czerwca 2021 roku ponownie wprowadziła Hubble’a w tryb awaryjny. Tym razem lokalizacja usterki i jej usunięcie okazała się niezwykle problematyczne. Pojawiły się nawet opinie wyrażające obawy co do możliwości uruchomienia urządzenia i sugerujące rychłe zakończenie jego ponad 30-letniej misji. Problemy powstały wraz z unieruchomieniem komputera zarządzającego działaniem instrumentów naukowych. Jako winowajcę początkowo podejrzewano moduły pamięci operacyjnej (przełączenie na pamięć zapasową nie przyniosło rezultatów), potem komponenty komputera zarządzające komunikacją pomiędzy elementami instrumentarium. Uruchamiane procedury wykluczały kolejne podzespoły z listy potencjalnych przyczyn awarii.

Prace podczas STS-125

Podejrzenie padło wówczas na układ kontroli zasilania (PCU). Zdecydowano się uruchomić komputer zapasowy (Science Instrument and Command & Data-Handling Unit), który obejmował rezerwowy układ PCU. Nowy moduł komputera zainstalowany został na pokładzie obserwatorium podczas ostatniej misji serwisowej w przestrzeni kosmicznej, po tym jak uległ awarii w 2008 roku, w ostatniej chwili wymuszając przełożenia startu wahadłowca Atlantis. Uruchomienie SIC&DH było dosyć ryzykowne gdyż wiązało się z równoległym przełączaniem kilku innych urządzeń, a także ręcznym sterowaniu położeniem teleskopu na orbicie bezpośrednio z centrum obsługi naziemnej. 

15 lipca dokonano udanej próby przełączenia, które wywołało reset ustawień teleskopu, przywracając jednak sprawność działania urządzenia. Tak jak przypuszczano przyczyną uszkodzenia teleskopu okazała się awarii elektroniki sterującej zasobami. Wadliwym podzespołem okazał się moduł PCU (Power Control Unit), który podawał niewłaściwe napięcie dla jednostki sterującej instrumentami teleskopu.

 

Obecnie rozważane jest wykorzystanie załogowego statku kosmicznego Dream Chaser do obsługi Hubble’a w najbliższych latach. Misje serwisowe prowadzić mogą także Crew Dragon lub Orion. Utrzymanie sprawności teleskopu Hubble’a przez kolejne kilkadziesiąt lat jest jak najbardziej możliwe.

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments