WalkInSpace.ru - Статьи - Техника - Удачливый мистер Хаббл
Главная Новости Форум Поиск



Удачливый мистер Хаббл


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 источниковCOS («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, чтосолнечные 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 шестигироскопов, 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
Телеграф «Вокруг Света»


WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2018

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.



Яндекс.Метрика