Hubble – самый большой оптический телескоп из когда-либо запущенных человечеством в космос. Работа всего телескопа очень сильно зависит от его главного зеркала, составляющего 2,4 метра в диаметре. После начала работы телескопа на околоземной орбите 25 апреля 1990 года были получены и тщательно проанализированы первые снимки, но, к сожалению, эти изображения оказались размыты.
Чтобы найти источник проблемы и обсудить пути её решения, был созван независимый комитет NASA. Было установлено, что главное зеркало телескопа изначально было отлито в неправильную форму. Размер дефекта был меньше ширины человеческого волоса, но последствия оказались значительными. Если бы ошибку не исправили, у нас не было бы так много выдающихся открытий, сделанных телескопом за всё время его работы.
На протяжении недели экипаж шаттла устанавливал два устройства, предназначенные для исправления ошибки. Первым прибором стала система оптической коррекции COSTAR, которой для исправления дефекта на зеркале с потребовалось бы всего 3-5 инструментов.
Вторым прибором стала камера Wide Field and Planetary Camera 2 WFPC2, которая фактически содержит четыре камеры внутри. Она была разработана в JPL (Лаборатория реактивного движения). Камера WFPC2 сделала множество захватывающих изображений, изменив наше представление о космосе.
Этот инструмент показал объекты и явления, которые происходят в Солнечной Системе, такие как столкновение кометы Шумейкеров-Леви 9 с Юпитером, а также сделал самые далёкие космологические изображения, когда-либо полученные в видимом свете. Эта камера предоставила нам захватывающие снимки галактик, взорвавшихся звёзд и туманностей, в которых рождаются новые звёзды.
Зеркальное отображение
Первичные и вторичные зеркала телескопа собирали свет и передавали сигнал на пять научных приборов. Главное зеркало не могло быть заменено или возвращено на Землю для ремонта. Поэтому необходимо было найти способ исправить каждый научный прибор в отдельности. Устройство COSTAR обеспечивало корректирующую оптику для трёх из них, устраняя необходимость полной замены этих приборов. Но такой подход не работал для камеры телескопа WFPC, предшественницы WFPC2.
Тогда инженеры JPL придумали возможное решение. Из-за дефекта главного зеркала свет, проходящий сквозь него, попадал в фокус в разных местах, поэтому команде пришлось выяснить, как собрать его в одной точке. Решение заключалось в том, чтобы обратить проблему вспять: инженеры планировали разместить четыре идентичных никелевых зеркала внутри прибора – по одному для каждой из четырех камер в WFPC2 – с таким же дефектом, что и на главном зеркале, но если первое зеркало было слишком плоским, то новые, наоборот, были бы слишком вогнуты. Вместе эти два дефекта нивелировали бы друг друга, создав эквивалентное зеркало правильной формы.
NASA приняло предложение JPL о создании замены камеры WFPC. Агентство планировало проводить ремонт телескопа каждые три года. Первый ремонт был намечен на осень 1993 года.
Усиленная работа
Однако двух лет оказалось слишком мало, чтобы создать новую камеру с нуля. К счастью, в JPL уже шла разработка камеры WFPC2, и NASA планировало в конечном итоге использовать её в качестве обновления первой камеры WFPC или её замены в случае неисправной поломки.
Чтобы успеть в крайние сроки, требовался ускоренный график и напряжённая работа.
Хотя корректирующие зеркала были небольшими, почти на каждом этапе строительства появлялись новые проблемы.
Чтобы свести к минимуму вероятность нового дефекта, семь астронавтов, ответственные за ремонт, изучали прибор и проходили обучение по его установке в JPL. Астронавты должны были убедиться в том, что электрические соединения на задней панели прибора были установлены правильно, однако у них не было доступа к этим соединениям, они могли только контролировать процесс установки.
Ещё одной сложностью при установке прибора была его тяжесть: 272 кг – довольно большой вес даже в условиях микрогравитации низкой околоземной орбиты. Одно из зеркал с функцией точного наведения было вмонтировано в короткий рычаг, расположенный снаружи защитного слоя. Небольшая деформация зеркала могла бы расстроить всю систему, что, в итоге, испортило бы инструмент.
Время лететь
На шестой день миссии астронавты Джеффри Хоффман и Стори Мусгрейв вышли в открытый космос, извлекли камеру WFPC из телескопа и установили новую, WFPC2.
Астронавты вернулись на Землю 13 декабря 1993 года, а первые необработанные данные WFPC2 поступили уже 18 декабря. После обработки данных были получены чёткие изображения, на которых, к тому же, были обнаружены не виденные ранее объекты.
Первые снимки были опубликованы NASA 13 января 1994 года.
Инструмент WFPC2 исправно проработал более 15 лет и провёл более 135 000 наблюдений Вселенной. На основе этих данных было написано более 3 500 научных работ до 2009 года, когда инструмент прекратил свою работу, и более 2 000 научных работ после.
В мае 2009 года астронавты извлекли камеру WFPC2 из телескопа Hubble и заменили её камерой WFC3, которая продолжает работать сегодня, спустя 28 лет после запуска телескопа. Сейчас камера WFPC2 стала достоянием общественности и находится в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики.
Источник: jpl.nasa.gov
Перевод: Ольга Шатерникова