Globalization :: Навършват се 20 години от извеждането на Телескопа Хабъл в Космоса

Постинг

Обратно към блога | Предишен постинг | Следващ постинг

24.04.2010 21:29 - Навършват се 20 години от извеждането на Телескопа Хабъл в Космоса

Автор: meto76 Категория: Технологии

Прочетен: 1373 Коментари: 2 Гласове:

Последна промяна: 24.04.2010 22:57

Още от самата зора на астрономията, стремежът на наблюдателите е бил към обсерватории на възвишения и планини, където въздухът е по-малко прашен и нощите са по-ясни. Всички значими обсерватории в света са строени на високи върхове, включително и нашата родна НАО-Рожен. Към настоящият момент, най-високата обсерватория в света е Индийската астрономическа обсерватория, разположена на 4,500 метров връх в Хималаите, а за обсерваториите с най-добро небе се считат Европейската южна обсерватория (2,635m) в Чили и Мауна Кеа (4,205m) на Хаваите. Но, въпреки че в тези обсерватории са най-големите телескопи на Земята, на най-добрите наблюдателни площадки, и с помощта на активна оптика, те едва успяват да достигнат възможностите на скромния по диаметър космически телескоп Хъбъл.

Концепцията за телескоп извън атмосферата е повдигната през 1946г., когато американският астроном Лиман Спитцър публикува статия за предимствата на извън атмосферната астрономия пред наземната. Основните му съображения са преодоляването на дефинираната от атмосферата максимална разделителна способност от 0,5-1,0 секунди и достигане до оптималните рязкости зависещи само от дифракцията на инструмента. Другото предимство е, че извън атмосферата стават достъпни всички спектрални области. Един космически телескоп може да събира информация както във видима светлина, така и в ултравиолетовите и инфрачервените дължини на вълната.

Предимствата на космическия телескоп са оценени подобаващо отамериканския конгрес и през 1978-ма година биват отпуснати $36 млн.,проекта е одобрен с компромис за намаляване на диаметъра на главнотоогледало от 3 на 2,4м с цел икономия на средства и компактност. Сключене и договор с Европейската Космическа Агенция (ESA) за разработванетона някои от инструментите и слънчевите батерии, в замяна на коетоевропейците получават 15% от наблюдателното време на телескопа. Новиятпроект получава името Хъбъл, в чест на Едуин Хъбъл, астрономът открилчервеното отместване в спектрите на далечните галактики и преобърналсъвременната космология.

Работата по построяването на телескопа е разпределена междукосмическите центрове Маршал и Годарт. Отговорностите на Маршалпокриват дизайна и построяването на телескопа, а на Годарт се падатподсигуряването на научното оборудване и наземния контрол. От своястрана от Маршал са възложили дизайна и изработването на оптичнитеелементи и финото насочване на телескопа на компанията Перкин-Елмер, аподдържащите и защитните системи са поети от Локхийд (компанията през1995г. добива днешното си име Локхийд-Мартин след сливане).

Оптиката на Хъбъл, на системата Ричи-Кретиен, е разработена е отПъркин-Елмер с мисълта да бъде съвършена. Главното огледало, съсскромният, дори по тогавашните стандарти, диаметър от 2,4m, е сърцетона телескопа. Неговата изработка е започнала през 1979г., като заматериал се използва специално стъкло с ултра-нисък коефициент натоплинно разширение, за да се минимализират ефектите от големитетемпературни амплитуди в космоса, а теглото му да е сведено до минимум.Пъркин-Елмер използват революционна компютъризирана технология приизработката на огледалото, поради което от НАСА решават да не рискуватв иновацията и възлагат паралелно поръчка за резервно огледало накомпанията Кодак, които да използват сигурната традиционна технология.

С доста сериозни закъснения и силно превишен бюджет, от страна наПъркин-Елмер, огледалото е звършено през 1981г., когато на повърхносттаму биват нанесени отразяващ Алуминиев слой и защитен Магнезиев, сдебелини съответно 75nm и 25nm.

За съжаление огледалото, заради изработката, на което се забавя сняколко години изстрелването на Хъбъл, се оказва и най-големият проблеми след вкарването му в употреба. Още първите наблюдения с телескопапоказват изключително силни сферичин аберации.

Системите на Хъбъл се разделят на три основни групи: оптика, научни инструменти и поддържащи системи.

Излиза, че огледалото е с 2 микрометра по-плоско от колкото трябва дае. Грешката се открива в техологията на изготвянето му. В резултаттелескопът не можел да се фокусира добре и дава размазани изображения,като практически се оказва неизползваем. За щастие, инженерите създаваткоригиращата оптична система COSTAR, която представлява система от двемалки огледала, с точната кривина нужна за да се коригират дефектите наглавното огледало. COSTAR инсталиран на телескопа по време на първатасервизна мисия STS-61, след което с новите си „очила” Хъбъл се превръщав най-острото око в арсенала на астрономите.

Без корекция

След COSTAR

Когато светлина проникне в тубуса тя се отразява от главното огледало,след което се фокусира към вторичното огледало, което я отразява къмзадната част на телескопа, където е фокалната равнина и където саразположени научните инструменти. След първата сервизна мисия, важначаст от оптичната система става коригиращата система COSTAR.

Докато Пъркин-Елмер са се занимавали с оптиката и системите за финнонасочване, в Локхийд създават скелета, кожата и контролните органи нателескопа. Поддържащата структура на телескопа е изградена отграфито-епоксидно скеле, което е издръжливо на температурнитеекстремуми, осигурява необходимата опора и има нисък коефициент натермично разширение. Това е същият материал, който се използва занаправата на стикове за голф, въдици и велосипеди.

Термоизолацията е много важен аспект в конструкцията на обсерваторията.Амплитудата на температурата между осветената от Слънцето фаза наорбитата и фазата, когато телескопът е в земната сянка, може дадостигне порядъка на 100-170 градуса по Целзий, а научните инструментиискат постоянна температура, за да функционират. За това цялатаконструкция е покрита с многослойна изолация, защитаваща телескопа отрезките температурни колебания, и лека алуминиева черупка.

Ориентацията на космическия телескоп в пространството се осигурява отсистема сензори. За ориентация се използват звездите, Слънцето, земнотомагнитно поле и вградени жироскопи. Системата е изключително прецизна,за да позволява стотици часове експозиция без дори минималноотклонение. Движението в пространството се осъществява от четириреакционни колела. Въртейки се в едната посока, с по 3000 оборота вминута, колелата предават въртящ момент на целия апарат в обратнатапосока, позволявайки фино насочване и поддържане на стабилността. Запрецизност, реакционните колела са снабдени с механизми за корекция навлиянието на земната магнитосфера над въртенето им.

Енергия Хъбъл си набавя от два 12-метрови слънчеви панела, осигуряващимощност от 2,4 киловата. Те са изработени от Европейската космическаагенция, като част от договореността. За съжаление, и те не се оказватбезпроблемни. Изстреляни в свито състояние, панелите оказват сериознасъпротива при разтварянето си. За зашита те са покрити с лепкав слой,който обаче кара клетките да се слепват една за друга, след дълъгпрестой в свито състояние. Разлепването им при разгъването в орбита сеоказва сериозен проблем, който все пак бива решен.

Компютърната система на обсерваторията управлява захранването,навигацията и комуникацията с контролния център в Грийнбелт, щатаМериленд. Две антени осъществят връзката чрез системата от изкуствениспътници TDRSS, благодарение на което има връзка с Хъбъл през около 85%от орбиталния му път. По това трасе се комуникират както команди ителеметрия, така и скъпоценните наблюдателни данни съхранявани на твърддиск до момента на отчитане.

Една от концепцийте за космическата обсерватория е, тя да подлежи наремонт и осъвременяване, поради което тя е поставена на ниска земнаорбита. Така тя е леснодостъпна за сервизни полети с космическатасовалка. Процедурата е телескопът да бъде уловен в товарния отсек насовалката, където да му бъдат извършени необходимите ремонти. Достачесто се случва някоя от системите на телескопа да откаже и да сеналожи замяната и. Също понякога стари инструменти се заменят с новипо-съвършени. След четири сервизни мисии, Хъбъл е постепенно епретърпял пълна смяна на научното оборудване спрямо първоначалната сиконфигурация.

Текуща конфигурация на Хъбъл

Инструмент	Период на оперативност	Описание
ACS (Advanced Camera for Surveys)	2002-2006	Камерас широко поле, която се използва за изследвания във видимия спектралендиапазон. Служи за планетарна фотография, галактична и надгалактичнаастрономия. Извън строя от 29 Септември 2006г.
NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer)	1997-1999/ 2002-	Камераза изследвания в близкия инфрачервен диапазон. Инсталирана е през1997г., но през 1999г. изчерпва запасите си от охлаждащо вещество ипрестава да работи. През 2002г. сервизна мисия 3B инсталира охлаждащасистема на телескопа и от тогава камерата отново се използва пълноценно.
WFPC2 (Wide Field/Planetary Camera 2)	1993-	Камерасъс спекрален диапазон междъ 120 и 1100nm. Разположена е в прекия фокусна телескопа, за максимално широко зрително поле. С нея за заснетипочти всички известни изображения на Хъбъл, включително знаменитото„Дълбоко поле”.
STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph)	1997-2004	Спектрограф, позволяващ детайлно изследване на светлината. През 2004г. електронна повреда го извежда от строя.
COSTAR (Corrective Optics SpaceTelescope Axial Replacement)	1993-	Един от отсеците за научна апаратура е зает от COSTAR, оптиката коригираща дефекта в главното огледало.

Научният отсек на обсерваторията е проектиран да бъде леснодостъпен заастронавтите, а самите научни уреди – лесни за подмяна. В него имамясто за четири инструмента, които лежат успоредно на оптичната ос, иза един напречен, стоящ точно зад главното огледало. В момента, от1993г., на напречната позиция е инсталирана широкоъгълната планетнакамера (WFPC2), за да се възползва оптимално от полето на оптичнатасистема.

Ръководството на НАСА планира в най-скоро време да осъществи пета, ипоследна, сервизна мисия към Хъбъл. Най-вероятно, тя ще се състои сполет на совалката Дискавъри STS-125, през 2008г. Мисията ще се проведесамо при условие, че совалките се представят добре на предишните мисии,мярка наложена след инцидента със совалката Колумбия.

Пета сервизна мисия е крайно необходима, блокажът на спектрографа STISи проблемите, които създава ACS, пречат на обсерваторията да работипълноценно. Сериозна опасност за телескопа са проблемите в жироскопитему, като един вече е излязъл от строя и през 2005г. Хъбъл преминава врежим на работа само с два жироскопа, а ако телескопът остане само седин, той ще стане практически неизползваем. Наложително е да бъдатподменени всички жироскопи, повредените научни уреди и вътрешнитебатерии на обсерваторията.

Сервизната мисия е нужна и по друга причина. Космическият телескоп не еснабден с двигатели и няма възможност сам да регулира орбитата си,вместо това той разчита на двигателите на космическите совалки по времена сервизните мисии да поддържат височината му. Въпреки че е на 600kmвисочина, орбиталната обсерватория изпитва сериозно съпротивление отгорните слоеве на атмосферата, което я забавя и снижава орбитата и. Акотелескопът не бъде повдигнат до 2010г., рискът да излезе от орбита и даизгори в атмосферата е голям.

Четирите Велики обсерватории на НАСА внасят незаменими промени в разбирането ни за Вселената.
С Хъбъл са засичани невероятни кадри от живота в нашата слънчевасистема. Пясъчни бури на Марс, Юпитер, Сатурн и Нептун, технитеспътници. Регистрирани са вулканични изригвания на Юпитеровия спътникЙо, както и знаменития сблъсък на кометата Шумейкър-Леви с Юпитер (наснимката) през Юли 1994г. С Хъбъл са правени най-детайлните снимки, досега, на Плутон и на много астероиди.

Способносттана Хъбъл да фотографира много обекти едновременно с широкоъгълните сикамери и то по всяко едно време го прави незаменим в търсенето напроменливи звезди и екзопланети. Телескопът може да хваща хилядигалактики едновременно, както в своите „Дълбоко поле” и „Ултра дълбокополе”. Огромното количество заснети галактики е допринесло сериозно занапредването на теорията за галактичната еволюция и за еволюцията наВселената като цяло. Благодарение на високата чувствителност наинструментите си, Хъбъл е спомогнал за най-точната, за момента, оценкана възрастта на Вселената, но е неспособен да види най-първитегалактики. Неговият наследник, космическият телескоп Джеймс Уеб, койтоще има диаметър на огледалото 6 метра, ще поеме щафетата през 2013г. ище разкрие всичко, което не е било достъпно за Хъбъл.

Cherubic Hymn-Theodoros Vasilikos-Our Home