Космический телескоп «Евклид», созданный Европейским космическим агентством (ЕКА) для картографирования темных тайн Вселенной, столкнулся с уникальной проблемой: слои водяного льда, которые тоньше нити ДНК, начинают мешать его камере. Это явление - обычная проблема для космических аппаратов, отправляющихся в холодные просторы космоса.
На 20 марта 2024 года европейские команды Euclid тестируют инновационные методы борьбы с ледяным покровом оптики космического аппарата. Успех этой задачи может стать большим облегчением и уроком для будущих космических полетов.
После запуска «Евклида» и калибровки приборов ученые заметили небольшое снижение количества детектируемого света от наблюдаемых звезд в видимом спектре. Дальнейшее расследование выявило причину: небольшое количество воды было поглощено из атмосферы во время сборки телескопа на Земле. Эта поглощенная вода медленно высвобождается в вакууме космоса. Учитывая холодную среду, молекулы высвобождающейся воды могут замерзнуть при контакте с чувствительной оптикой. Это постепенное накопление и загрязнение воды является известной проблемой при создании и эксплуатации космических аппаратов.
«Некоторые звезды во Вселенной меняют свою светимость, но большинство из них стабильны в течение миллионов лет. Поэтому, когда наши приборы обнаружили слабое, постепенное снижение количества поступающих фотонов, мы поняли, что дело не в них, а в нас», - объясняет калибровочный ученый консорциума Euclid и один из главных разработчиков нового плана борьбы с обледенением Миша Ширмер.
Хотя инженеры предвидели эту проблему и после запуска провели кампанию по удалению газов, чтобы уменьшить загрязнение водой, некоторые поглощенные молекулы воды остались в многослойной изоляции космического корабля, а месяцы исследований и углубленных калибровок выявили скопление нескольких слоев льда на зеркалах телескопа. Чувствительность приборов «Евклида» поразительна: они способны обнаружить воздействие льда толщиной всего в несколько нанометров.
Теперь перед учеными стоит сложная задача - реализовать план по изучению распределения льда в оптической системе и смягчить его текущее и будущее воздействие, если накопление продолжится. Для решения этой задачи требуется совместная работа групп специалистов Euclid со всего континента. Стандартное решение - нагрев космического аппарата до нескольких градусов Цельсия - возможно, но рискует нарушить тщательно выверенную юстировку телескопа. Поэтому необходим более тонкий подход.
Один из самых простых способов обеззараживания космического аппарата - использовать процедуру, разработанную перед запуском. Для этого необходимо нагреть весь космический аппарат, включив все бортовые нагреватели на несколько дней. Температура постепенно повышается с примерно -140°C до чуть более теплых -3°C в определенных частях аппарата. Ученые на пункте управления полетами будут отвечать за передачу необходимых команд для запуска этой процедуры дезактивации.
Нагрев космического аппарата для очистки его оптики может привести к нарушению центровки чувствительных приборов. Поскольку нагретые материалы расширяются, они могут не вернуться к своей первоначальной форме после охлаждения. Миссия «Евклида» требует предельной точности - даже крошечные изменения температуры могут повлиять на качество изображения, что потребует длительной перекалибровки. Большинство космических миссий не нуждаются в таком уровне температурной стабильности.
Нынешняя стратегия предполагает осторожный подход: выборочный нагрев малоопасных частей оптики. Команда начнет с двух зеркал, которые можно нагревать независимо друг от друга, отслеживая влияние на количество света, которое может собрать телескоп. Они планируют постепенно нагревать дополнительные группы зеркал, если интерференция света сохранится. Цель состоит в том, чтобы выделить наиболее пострадавшие участки и разработать целенаправленную стратегию нагрева, чтобы более регулярно очищать от льда именно эти части.
Этот поэтапный процесс имеет решающее значение для чувствительной природы миссии аппарата, который нужен для 3D-картографирования Вселенной. Эта работа важна, потому что скопление льда на зеркалах космических аппаратов - распространенная проблема, и удивительно, что для ее решения было проведено мало исследований. Миссия может дать ценные сведения для будущих космических телескопов.
