Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Удачливый мистер Хаббл

Карьера первого орбитального телескопа могла оказаться непредвиденно короткой, но оказалась непредвиденно длинной

Астронавт Эндрю Фойстел (Andrew Feustel) во время внекорабельной деятельности (extravehicular activity, EVA) 16 мая 2009 года. У него в руках спектрограф COSTAR, установленный ещё во время первой миссии в 1993 году. Теперь COSTAR заменили на просто COS. Фото: NASA

11 мая 2009 года космический корабль многоразового использования «Атлантис» доставил на орбиту «ремонтную бригаду» для проведения технического обслуживания и ремонта самой знаменитой орбитальной обсерватории, носящей имя Эдвина Хаббла (Edwin Powell Hubble, 1889–1953). Специалисты NASA утверждают, что эта, пятая по счету, миссия была сложнее и опасней всех предыдущих, так как кроме обычных сложностей и опасностей «Атлантису» предстояло пролететь через облако космического мусора, в связи с чем был подготовлен корабль «Индевор» на случай необходимости спасательных работ.

Астронавты заменили широкоугольную камеру WFC (Wide field camera) на камеру нового поколения WFC3; блок корректирующей оптики COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) на спектрограф космических источников COS («очки», которые «надели» Хабблу в первой миссии, уже не нужны); починили изображающий спектрограф STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), заменив в нем плату, которая начала давать сбои ещё в 2004 году (для этого им пришлось открутить и снова закрутить 111 винтов); провели ремонт и обслуживание ряда служебных систем, в том числе заменили все гироскопы (два из шести вышли из строя) и блоки батарей электропитания. Экипаж выполнил эту обширную и сложную программу за пять выходов в открытый космос. Самый длительный из них продолжался 8 ч. 2 мин. 19 мая все ремонтные работы были успешно завершены.

Поздний вылет

Орбитальный телескоп имени Хаббла — это беспилотная космическая обсерватория с телескопом-рефлектором, работающая в видимом диапазоне спектра и близких к нему областях ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Он имеет размеры 13,3×4,3 м и массу больше десяти тонн. Диаметр основного зеркала 2,4 м. Высота орбиты — более 600 км.

На «Хаббле» установлено большое количество научных приборов. Он создавался для поиска крупных объектов — сверхновых, далеких галактик, квазаров, — и тем не менее обнаружил около ста тысяч малых астероидов (за 200 лет наблюдений с Земли их зарегистрировано немногим более восьми тысяч). У «Хаббла» есть архив, которым пользуются астрономы.

Вывод «Хаббла» на орбиту планировался на 1986 год, но из-за катастрофы «Челленджера» пуск отложили на четыре года. 24 апреля 1990 года «Хаббл» доставили на орбиту в грузовом отсеке корабля «Дискавери», а на другой день, 25-го, он отправился в автономный полет.

Нельзя сказать, что он работает исправно и без проблем, но работает — благодаря обслуживанию кораблями многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle. Он выполнен по модульному принципу, так что не только все научные инструменты, но и большая часть служебных систем могут быть заменены в полете. По первоначальному плану он должен был работать в космосе два десятилетия с периодическим обслуживанием один раз в три года.

Работая в космосе, астронавт не может снять перчатки даже на несколько мгновений. Поэтому для большинства легко выполнимых на земле операций — например, отвинчивания и привинчивания сменных блоков, — приходится разрабатывать специальную технологию. Фото: NASA

Известно, что любое техническое устройство, от паровоза до синхрофазотрона, время от времени приходится чинить, а уж настраивать и проводить техническое обслуживание — обязательно. Потребность в том, чтобы человек вышел из корабля и что-то починил, возникла вскоре после начала пилотируемых полетов. Первая ремонтная операция в открытом космосе была проведена на американской станции «Skylab» в 1973 году, а первая попытка ремонта беспилотного искусственного спутника на орбите была предпринята 8 апреля 1984 года в полете корабля «Челленджер». А потом ремонтных операций, как и операций обслуживания, было выполнено превеликое множество.

По телевизионной картинке, когда показывают работу людей в открытом космосе, создается впечатление, что все это достаточно просто и не требует особых усилий. Конечно, когда работает профессионал, это всегда красиво. Но!

Работа в открытом космосе (она называется «внекорабельная деятельность») чрезвычайно сложна, опасна, требует большого мужества и физической выносливости, умения работать в тяжелых условиях, при дефиците времени. Да ещё невесомость, да ещё скафандр, сковывающий движения. Да ещё бесконечные отказы. И никогда нельзя заранее предугадать, как повернется дело: иногда план, отработанный на Земле, «не идет», и приходится на ходу придумывать новый. Операции по обслуживанию и ремонту «Хаббла» прекрасно иллюстрируют сказанное.

Непредвиденный поворот

Общая схема выполнения миссии по ремонту и обслуживанию такова: после выведения на орбиту астронавты осуществляют маневр сближения с телескопом, один из них с помощью манипулятора захватывает его за такелажный узел, аккуратно вводит в грузовой отсек, размещает на рабочем столе и фиксирует в захватах. Затем в процессе нескольких выходов астронавты проводят необходимые работы. Перед возвращением астронавты приводят телескоп в такое положение, чтобы его можно было отстыковать в любой момент — это неукоснительное правило введено для того, чтобы при необходимости была обеспечена возможность срочного возвращения корабля.

К несчастью, сразу после запуска телескопа обнаружилось, что качество получаемых им изображений значительно хуже проектного. Выяснилось, что при изготовлении большого зеркала была допущена неточность — ошибка всего в два микрона! И снимки с «Хаббла» были ничуть не лучше, чем с любого крупного наземного инструмента. Обнаружилось ещё, что солнечные батареи каждый раз при пересечении терминатора (границы света и тени) встряхивают телескоп. Да и кроме этого неприятностей было хоть отбавляй: отказал блок питания одной из солнечных батарей, вышли из строя три из шести гироскопов, отказал один из блоков памяти бортового компьютера. Для ремонта всего, что сломалось и отказало, требовалось пять выходов в открытый космос. В какой-то момент хотели даже отказаться от дальнейшей эксплуатации телескопа. Но тогда вся обширная программа исследований, предполагавшая его использование, оказалась под угрозой. И тогда «Хаббл» стали ремонтировать.

Зеркало основного телескопа «Хаббла» было изготовлено с ошибкой в 2 мкм. После корректировки, проведенной в ходе первой миссии в декабре 1993, качество получаемых изображений, как видно на примере центральной части галактики М100, значительно улучшилось. Фото: STScI

Первая миссия. Запуск 02.12.1993. Шатл «Индевор»

Программа спасательных работ была такой обширной и сложной, что специалисты NASA не очень надеялись, что всю её удастся выполнить, несмотря на то, что экипаж был очень опытным — каждый из четырех выходящих работал раньше в открытом космосе. В составе экипажа была женщина, Кэтрин Торнтон (Kathryn Thornton). Это был её второй выход в открытый космос, она стала первой женщиной, вышедшей в космос второй раз.

После сближения на расстояние около 9 м «Хаббл» был захвачен манипулятором и зафиксирован на рабочем столе в грузовом отсеке корабля. Телескоп возвышался над астронавтами более чем на 10 м, и они работали, расположившись на руке манипулятора. Замена блоков шла по графику, но двухметровые алюминиевые двери отсека гироскопов не желали закрываться — два из четырех замков не вставали на свои места. Два часа непрерывных усилий привели наконец к успеху. Продолжительность выхода составила 7 ч. 54 мин. Следует сказать, что длительность почти всех выходов во всех миссиях превышала семь часов.

Во втором выходе меняли солнечные батареи. Одна из них оказалась погнутой, и руководители полета распорядились «выбросить её за борт». Кэтрин, находясь на площадке манипулятора на расстоянии 7,5 м от корабля, подняла панель массой 160 кг над головой и просто разжала руки.

В третьем выходе, который был самым сложным, заменили широкоугольную планетарную камеру. Тут требовалась большая осторожность и точность, чтобы не повредить её. В четвертом выходе был заменен фотометр, в пятом — блок электроники привода солнечной батареи. Помимо новых блоков, которые предстояло установить на телескоп, астронавты привезли с собой более двухсот восьмидесяти инструментов и приспособлений для ремонта.

В результате этих работ астронавты, по выражению американских специалистов, провели «Хабблу» «операцию на глазах»: надели своеобразные «очки» — специальную систему корректирующей оптики, разработанную учеными и инженерами на Земле.

При освобождении «Хаббла» швейцарский астронавт Клод Николье (Claude Nicollier) манипулятором привел телескоп в положение для выведения и разжал захваты. Солнечные батареи немедленно сориентировались на Солнце, и «Хаббл» связался с центром управления.

Вторая миссия. Запуск 11.02.1997. Шаттл «Дискавери»

Вторая экспедиция к «Хабблу», как и было предусмотрено в изначальном плане эксплуатации телескопа, состоялась через три с небольшим года после первой, в феврале 1997 года. Основной задачей была замена научного оборудования приборами нового поколения: с конца 70-х годов, когда началась разработка телескопа, прошло почти два десятилетия. И, конечно, текущий ремонт, плановый и неплановый. Предусматривалось четыре выхода.

При наружном осмотре телескопа обнаружилось, что электровакуумная теплоизоляция корпуса сильно износилась, местами была повреждена, местами отслоилась, а панели солнечных батарей покрылись мелкими дырочками, словно обстрелянные дробью. Следуя рекомендациям с Земли, астронавты изготовили из подручного материала заплаты. В ЦУПе на Земле по той же технологии изготовили такие же заплаты и проверили их в гидробассейне. Это стандартная процедура: в случае непланового ремонта алгоритм действий разрабатывается специалистами на Земле и проверяется дублирующим экипажем в гидробассейне. Потом экипаж выполняет эту работу в космосе. Так проводился, например, ремонт солнечной батареи и противометеоритного экрана на станции «Skylab», ремонт двигательной установки на станции «Салют-6» и другие.

Ремонтировали теплоизоляцию в пятом, дополнительном выходе, отняв у астронавтов выходной.

19 мая работы были закончены, и «Хаббл» покинул рабочий стол грузового отсека шаттла «Атлантис». Фото: NASA

Третья миссия. Запуск 20.12.1999. Шаттл «Дискавери». Срочный ремонт «Хаббла»

В 1999 году на «Хаббле» сложилась критическая ситуация: из шести гироскопов нормально работали только три. Когда сломался ещё один, «Хаббл» утратил способность ориентироваться и ушел в защитный режим. Кроме того, вышла из строя камера-спектрограф, возникла неисправность в сети электропитания, прекратилась телеметрия с борта, случился ещё ряд отказов. Плановая миссия обслуживания была намечена на 2000 год. Было решено организовать срочную ремонтную экспедицию, и таким образом плановая миссия 2000 года как бы разделялась на две части.

В процессе трех выходов астронавты заменили все три блока гироскопов, главный бортовой компьютер и два передатчика, которые считались настолько надежными, что не подлежали замене в полете. Понятно, что это усугубило трудности, и так немалые. Напоследок астронавты заменили временные заплаты теплоизоляции, поставленные предыдущим экипажем.

Третья миссия, вторая часть. Запуск 01.03.2002. Шаттл «Колумбия»

Следующий визит «Хабблу» нанесла «Колумбия» в марте 2002 года. В день начала работ на телескопе ЦУП «подбодрил» астронавтов музыкой из кинофильма «Миссия невыполнима». Работа тем не менее началась.

Первый и второй выходы были посвящены замене солнечных батарей на новые, более эффективные, и двухступенчатого силового гироскопа — гиродина. Подойдя к «Хабблу», астронавт Джон Грунсфелд (John Grunsfeld), астрофизик, сказал: «Привет, мистер Хаббл-телескоп! Мы пришли дать тебе силы». Работа проходила штатно, но осложнялась тем, что у Грунсфелда не шла телеметрия со скафандра, и ему приходилось время от времени зачитывать вслух показания приборов.

Третий выход был самым ответственным и самым сложным. Нужно было заменить блок управления системы электропитания на новый. Вопрос заключался в том, оживет ли «Хаббл» после этой операции? Работу выполняли Джон Грунсфелд и Ричард Линнехан (Richard M. Linnehan). Выход задержался на два часа, так как в скафандре Джона отказал один из клапанов системы охлаждения, и из него потекла вода. Джон взял ранец и кирасу от другого скафандра и пристыковал к ним свои рукава и штанины.

Чтобы вынуть старый блок, они расстыковали 36 разъемов, отключили кабели, извлекли старый блок и поставили новый. Потом начали состыковывать разъемы. Может быть, на Земле это было бы просто, но здесь часть разъемов была не видна, а доступ к ним затруднен. Это была мучительная работа. Грунсфелд потом писал, что на 28-м разъеме он понял, что его невозможно установить на место, и начал нервно смеяться, не в силах остановиться. Ситуация осложнялась тем, что питание «Хаббла» нельзя было отключить больше, чем на шесть часов, так как иначе его приборы и системы просто замерзли бы. В конце концов Грунсфельд смог взять себя в руки. После подключения питания «Хаббл» ожил: с него пошла телеметрия.

Новые солнечные батареи для «Хаббла» в грузовом отсеке шаттла «Колумбия». Март 2002 года. Фото: NASA

Четвертый выход был посвящен установке научной и вспомогательной аппаратуры. Большие трудности возникли при установке системы охлаждения камеры-спектрометра: радиатор не помещался, его еле-еле впихнули, а кабели пришлось «вылавливать» из «Хаббла» и выводить наружу. Можно представить себе, что это была за работа! Один астронавт сравнил это с подледным ловом рыбы, другой с укрощением змей. И трудно представить себе, что такой колоссальный объем сложнейшей работы можно выполнить за четыре рабочих «смены» по семь часов.

9 марта Нэнси Карри (Nancy Jane Sherlock Currie) выпустила «Хаббл» из грузового отсека. «Удачи тебе, мистер Хаббл!» — напутствовал его Джон Грунсфелд. Астронавты потом и сами не могли понять, как это им удалось все сделать и ничего не сломать.

Следующий (и последний) полет к «Хабблу» планировался на 2005 год. Предполагалось заменить камеру и другую научную аппаратуру; кроме того, на телескопе вышли из строя два гироскопа. Но вскоре NASA отказалась от этих планов, и судьба «Хаббла» повисла в воздухе. Однако потом полет корабля «Атлантис» все же был запланирован на октябрь 2008 года. Состоялся он в мае 2009 года, его результаты известны. Благодаря ювелирной работе астронавтов «Хаббл» проживет до 2014 года, а потом его заменит новый орбитальный телескоп имени Джеймса Уэбба (James Webb), второго директора NASA. Зеркало нового телескопа будет значительно больше — 6,5 м в диаметре.

Валентина Пономарева, 09.06.2009

 

Новости партнёров