Думаю, все видели фотографии, сделанные космическим телескопом Хаббл с орбиты Земли. Такого качества и красоты далеких астрономических объектов невозможно получить оптическими приборами на Земле.
Все из-за того, что атмосфера вносит свои искажения в изображение, снижает яркость снимков и четкости не получается. Поэтому, был сконструирован и запущен на орбиту космический телескоп-рефлектор системы Ричи-Кретьена, названный в честь астрофизика Эдвина Хаббла.
Из-за отсутствия влияния атмосферы разрешающая способность телескопа Хаббл минимум в 7 раз больше, чем у аналогичного телескопа, расположенного на Земле.
Основные характеристики Хаббла: диаметр зеркала, собирающего свет – 2,4 м. Фокусное расстояние - 57,6 м. Длина аппарата - 13,3 м, диаметр - 4,3 м Высота орбиты телескопа – от 561 км до 566 км.
Оптика снимает в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах. Но ПЗС-камера у него черно-белая. Цветные снимки получаются путем наложения трех снимков, сделанных через три светофильтра – красного, зеленого и синего (RGB-изображение).
Именно в этой палитре сделаны большинство известных цветных изображений с Хаббла. Снимки выравнивают по яркости и совмещают. Нужно понимать, что цвета не истинные, а при съёмке в истинных цветах (например, на фотоаппарат) палитра изображений будет сдвинута больше в красный диапазон.
Запуск космической обсерватории произошел 24 апреля 1990 года. И, вот уже скоро телескоп Хаббл отпразднует свой юбилей успешной работы – 35 лет. А работает он на орбите до сих пор. Любой желающий или любая организация может запросить наблюдение какого-либо космического объекта. Только придется какое-то время подождать. И чем больше одинаковых запросов – тем вероятнее всего его быстрее выберут для исследований.
Только за 15 лет работы на земной орбите «Хаббл» получил более 1 млн. изображений небесных объектов: звёзд, туманностей, галактик, планет.
Главной задачей при изготовлении любого телескопа с отражающим зеркалом – это создать такое зеркало с идеальной геометрий с минимально возможной сферической аберрацией (искажением изображения по краю). Эта задача стояла и перед конструкторами Хаббла.
Приборы, используемые в телескопе Хаббл:
Широкоугольная и планетарная камера, спектрограф высокого разрешения Годдарда, камера тусклых объектов, спектрограф тусклых объектов, высокоскоростной фотометр и датчики точного наведения.
Над проектом NASA работали совместно с Европейским космическим агентством (ЕКА). Запуск телескопа Хаббл должен был произвести один из шаттлов и планировался на конец 1986 года, но катастрофа шаттла «Челленджера» приостановила программу «Спейс шаттл» на несколько лет, и запуск Хаббла пришлось тоже отложить.
Всё это время телескоп Хаббл хранился в помещении с искусственно очищенным воздухом, его бортовые системы были частично включены. Расходы на хранение составляли около 6 млн. $ в месяц, что ещё больше увеличило стоимость проекта. От начала проектирования до запуска было затрачено 2,5 млрд $ при начальном бюджете в 400 млн.$.
По идее, можно было телескоп запустить ракетоносителем, как запускают другие спутники. NASA потеряли время, деньги и 4 года исследований.
Но уже в первые недели после начала работы Хаббла, полученные изображения не соответствовали характеристикам в заявленной спецификации, их качество было в 10 раз хуже, чем предполагалось. Была выявлена серьёзная проблема в оптической системе телескопа. Отклонение от заданной формы зеркала оказалось катастрофическим для такого дорого проекта - зеркало имело сильную сферическую аберрацию.
Позже комиссия установила, что дефект возник в результате ошибки при монтаже узла с линзой (при полировке зеркала), которая была сдвинута на 1,3 мм относительно правильного положения. Сдвиг произошёл по вине техника, осуществлявшего сборку прибора.
Была разработана система оптической коррекции (COSTAR) – очки для телескопа. Ее предполагалось установить во время ремонта телескопа астронавтами шаттла прямо в открытом космосе. Забрать телескоп с орбиту шаттлом, отремонтировать и снова запустить – это было слишком долгим и дорогим проектом.
В декабре 1993 года состоялся полет шаттла «Индевор» (STS-61) и астронавты произвели ремонт телескопа Хаббл в течении 10 дней с 5 выходами в открытй космос.
Высокоскоростной фотометр был удален и на его место установили систему COSTAR. Так же заменили широкоугольную и планетарную камеры на новые модели. Еще были заменены солнечные батареи и системы управления их приводами, четыре гироскопа системы наведения, два магнитометра, и был обновлён бортовой вычислительный комплекс.
Не слабый такой апгрейт через три года работы телескопа. NASA показало новые снимки с лучшим качеством. Вот пример, как было и как стало:
Но это не все ремонты на орбите, которые пережил Хаббл. Всего были осуществлены 5 полетов шаттлов по техническому обслуживанию и ремонту телескопа Хаббл, одна из которых была разбита на два вылета.
Второе техобслуживание было произведено в феврале 1997 года (полет шаттла «Дискавери» - STS-82). Спектрограф тусклых объектов были заменены на другой регистрирующий спектрограф и установили камеру и многообъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона.
Третий ремонт Хаббла совершили астронавты шаттла «Дискавери» (полет STS-103) в декабре 1999 года. Это было вызвано тем, что 3 из 6 гироскопов системы наведения вышли из строя. Астронавты заменили все 6 гироскопов, датчик точного наведения и бортовой компьютер.
В марте 2002 года продолжился ремонт по третьей программе модернизации Хаббла. Астронавты шаттла «Колумбии» (STS-109) заменили камеру съёмки тусклых объектов на более лучшую обзорную камеру. Восстановлено функционирование камера ближнего инфракрасного диапазона. Еще в системе охлаждения Хаббла в 1999 году закончился жидкий азот. Ее заменили на холодильную установку с замкнутым контуром, работающую по обратному циклу.
Данные «Хаббла» по алгоритмам работы сначала сохраняются в бортовых накопителях, на момент запуска в этом качестве использовались катушечные магнитофоны, в ходе ремонта №2 и №3 они были заменены на твердотельные накопители (жесткие диски).
Пятое и последнее техобслуживание и ремонт Хаббла было произведено в мае 2009 года (полет шаттла «Атлантис», STS-125). Были заменены: один из 3 датчиков точного наведения, опять заменили все гироскопы, установили новые аккумуляторы, блок форматирования данных и исправили теплоизоляцию. И еще кое-что по-мелочи.
Планировалось, что после этих ремонтов телескоп «Хаббл» продолжит работу на орбите по крайней мере до 2014 года. Но он работает до сих пор. Общие расходы на проект, по оценке только на 1999 год, составили 6 млрд долл.
Средний срок работоспособности и жизни любого спутника на орбите Земли – 10 лет. Есть, конечно, долгожители, которые летают по 30-40 лет на орбите. Но все они только летают, основные функции уже не выполняют из-за утраты функций электронных узлов.
С некоторыми примерами спутников-долгожителей можно ознакомиться здесь:
Наша космическая рентгеновская обсерватория «Гранат» запущена примерно в то же время, что и Хаббл, в декабре 1989 года, но проработала лишь 9 лет.
По информации выше понятно, что и срок работы Хаббла был рассчитан на 9-10 лет (через 10 лет закончился бы азот для системы охлаждения). Но многократные ремонты продлили его работу минимум в 3 раза. Дата схода с орбиты Хаббла – точно не известна, ориентировочно после 2030 года. В 2021 году контракт на эксплуатацию телескопа был продлён до 30 июня 2026 года.
На смену Хабблу в декабре 2021 года запущен телескоп «Джеймс Уэбб. Его работа рассчитана минимум на 10 лет, если повезет, то проработает больше. Но он находится в 1,5 млн. км от Земли между нашей планетой и Солнцем (в точке Лангранжа).
И в заключении, такое наблюдение. Как можно производить ремонт оборудования, откручивать крепеж, закручивать его обратно и совершать другие манипуляции вот в таких перчатках скафандра:
Системы Хаббла явно имели и миниатюрный крепеж, с которым работать в таких перчатках или крайне сложно или невозможно. Конечно, можно предположить, что у астронавтов были магнитные отвертки. Но как миниатюрный винт вставить в биту отвертки? Как вообще работать в них с высокоточным оборудованием и сделать все еще лучше, чем на Земле?
Зачем вообще нужно было столько раз ремонтировать Хаббл, если компанией «Кодак» было изготовлено второе дублирующее зеркало для телескопа. Вместо пяти полетов и ремонтов Хаббла, можно было запустить с помощью шаттлов еще несколько телескопов и это обошлось бы явно дешевле 6 млр.$.
Остается какое-то сомнение в целесообразности всех этих полетов для ремонта телескопа. Вроде американцы умеют считать деньги. Но, по всей видимости, здесь важно было что-то другое – например, показать достижения пилотируемой программы «Спейс шаттл». И на это снавала денег не жалели.
Вот почему телескоп запускали именно таким дорогим способом на борту шаттла. Хотя, дешевле это сделать обычной ракетой (меньше полезная нагрузка, меньше топлива, нет на борту астронавтов). Не знаю, как у вас, а у меня с каждым таким рассмотренным фактом про космические программы NASA возникает все больше к ним вопросов.
Напомню, что Хаббл работает уже почти 16 лет с момента последнего ремонта на орбите в 2009 году. Это какая-то феноменальная живучесть американской техники. Ситуация такая же, как и с Вояджером, от которого до сих пор принимают сигналы. Про это была статья здесь:
Есть мнение, что все эти фотографии Хаббла – фотошоп, созданный в специальной студии.
По факту так и есть, т.к. все снимки космического телескопа созданы путем наложения фотографий из трех цветов. А это делает человек за компьютером. И это никто не скрывает.