Sådan fungerer reparation af Hubble -rumfartøjet

Hubble -rumfartøjet, også kendt som Hubble -rumteleskopet eller bare Hubble, lanceret i 1990 og har siden sendt os fantastiske billeder af fjerne galakser. Men Hubbles rejse har ikke været en glat rejse. Faktisk, der var problemer med Hubble lige fra begyndelsen. Som resultat, en del af Hubbles historie er en række NASA -missioner designet til at reparere teleskopet. Den seneste reparationsmission vil også være Hubbles sidste - NASA planlægger at erstatte Hubble med et nyt rumteleskop i 2013.

Hubble rumteleskop billedgalleri

Hvorfor bruge et rumteleskop i første omgang, når vi har massive teleskoper her på Jorden? Rumteleskoper kan fokusere på objekter, der er svagere og længere væk end terrestriske teleskoper. Det hele har at gøre med Jordens atmosfære. Partikler i luften absorberer, bryde og reflektere lys. Varm luft stiger og kold luft falder, som også kan forvride lys. I rummet, der er ingen interferens, fordi der ikke er nogen atmosfære. Teleskoper i rummet er i stand til at indsamle meget skarpere billeder end dem, vi har her på jorden.

Men et rumteleskop er kun mere præcist end jordiske teleskoper, hvis det er designet korrekt. Cirka en måned efter NASA lancerede Hubble, organisationen opdagede, at teleskopet, de havde arbejdet med i otte år, havde en grundlæggende fejl. Et spejl designet til at reflektere lys ind i teleskopets sensorer var ikke den rigtige form. Spejlets producent havde begået en fejl, da det byggede det. Som resultat, de billeder, Hubble sendte til NASA, var ude af fokus og slørede.

NASA planlagde snart en reparationsmission, som blev lanceret i 1993. NASA sendte astronauter op i rumfærgen Endeavour for manuelt at reparere teleskopet. Fem rumvandringer senere, astronauterne gennemførte reparationerne. De installerede en enhed indeholdende 10 små spejle, der opsnappede lyset fra det primære spejl og korrigerede vejen til sensorerne. Bagefter, Hubble begyndte at tage nogle af de mest forbløffende billeder af rummet, vi har set hidtil.

Men Hubble skal igen repareres. I modsætning til problemet med spejlet, disse reparationer involverer flere systemer og er meget mere komplicerede. For en stund, NASA overvejede at opgive Hubble helt frem for at investere i en anden reparationsmission. I sidste ende ændrede organisationen sin kurs, og nu har den planlagt endnu en reparationsmission. Vi tager et kig på, hvad der præcis skete med Hubble for at kræve reparationer, hvorfor NASA næsten besluttede at opgive teleskopet, og hvad fremtiden har i vente for denne enhed.

Så hvad er der egentlig galt med Hubble? Vi fokuserer på problemet i det næste afsnit.

1. Hvad er der galt med Hubble?
2. Hvad var NASA's muligheder?
3. Reparationsmissionen
4. Fremtiden for Hubble

Hvad er der galt med Hubble?

Ligesom alle enheder, Hubble -teleskopet er sårbart over for slitage. Nogle gange mislykkes et mindre system, eller et batteri dør. På andre tidspunkter, et mere kritisk system begynder at slides op. Fordi Hubble både er et teleskop og et rumfartøj, den har flere komplicerede systemer, der kan ødelægge teleskopets funktionalitet, hvis de mislykkes.

Med det i tankerne, NASA har planlagt regelmæssige vedligeholdelses- og reparationsmissioner for at holde Hubble i orden siden lanceringen. Udover missionen i 1993 at installere korrektionsenheden til at løse spejlproblemet, NASA planlagde yderligere tre missioner for at opgradere og vedligeholde teleskopet. Disse missioner fandt sted i 1997, 1999 og 2002 [kilde:NASA].

Den 1. februar kl. 2003, rumfærgen Columbia brød fra hinanden ved genindtræden. Alle syv medlemmer af shuttleens besætning døde i ulykken. NASA blev genstand for enormt pres og kontrol. Agenturet besluttede at grundlægge rumfærge -programmet og foretage en fuldstændig undersøgelse for at afgøre, om bemandet rumfart var de involverede risici værd. Som resultat, NASA annullerede en planlagt Hubble -vedligeholdelsesmission.

I 2004, Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) fungerede, da strømforsyningen svigtede. Spektrografer adskiller lys i dets komponentbølgelængder, som vi opfatter som farver. Ved at analysere lysets forskellige bølgelængder, astronomer kan lære meget om de kosmiske kroppe, de observerer. Bare ved at studere lysbølgelængder, forskere kan bestemme et objekts kemiske sammensætning, temperatur og tæthed, blandt andre træk. Hubbles STIS var med til at opdage sorte huller, og er en kritisk komponent i Hubble. I øjeblikket, STIS er i "sikker tilstand, "hvilket betyder, at den ikke er tændt, men det er stadig i stand til at fungere, hvis NASA udskifter strømforsyningen.

I 2007, Hubbles Advanced Camera for Surveys (ACS) led en delvis fejl. ACS har tre kameraer og har taget nogle af de mest imponerende billeder af objekter i dybt rum. En elektrisk kortslutning deaktiverede to af de tre kameraer. Hvert kamera opfylder en anden funktion. Det solskærm kamera tager billeder af objekter, der udsender ultraviolette bølgelængder. Det er det eneste kamera i ACS, der stadig fungerer. De to nedlagte kameraer inkluderer en brede feltkamera og a kamera i høj opløsning .

Mens NASA genoptog rumfærge -programmet i sommeren 2005, der var ingen planer om at reparere eller opgradere Hubble. Da systemer begyndte at opleve problemer, NASA diskuterede fordelene ved en reparationsmission. Ville fordelene ved at rette Hubble opveje risikoen og omkostningerne ved en bemandet mission? Var der en anden måde at reparere teleskopet på uden at udsætte mennesker for fare? Gav det mere mening at lade Hubble forringes og til sidst falde ud af kredsløb?

Disse spørgsmål er ikke lette at besvare. Efterspørgslen efter den slags information og billeder, Hubble kunne samle, rækker langt ud over NASAs døre. Videnskabelige laboratorier rundt om i verden er afhængige af disse data.

Hvilke muligheder havde NASA? Bliv ved med at læse for at finde ud af det.

Hvad var NASA's muligheder?

NASAs første mulighed var slet ikke at gøre noget. Hubble bevarer sin orientering ved hjælp af et komplekst navigationssystem. Dette system er igen baseret på seks gyroskoper , som hjælper Hubble med at opretholde sin orientering i forhold til Jorden. Uden ordentlig vedligeholdelse, gyroskoperne kunne mislykkes. Efter en sådan fiasko, NASA ville ikke kunne lede Hubble i den rigtige retning for at indsamle data og billeder.

Hubbles batterier er også begyndt at dø. Hvis de ikke udskiftes, Hubble vil miste strøm og stoppe med at fungere. Hvis NASA valgte ikke at handle, Hubble ville sandsynligvis mislykkes før 2009. NASA ville ikke være i stand til at indsamle den slags oplysninger og billeder, Hubble var designet til at indsamle, indtil et erstatningsteleskop kunne starte - noget, der ikke er planlagt til at ske før i 2013.

Til sidst, det døde teleskop ville lide forfald i kredsløb. Det betyder, at Jordens tyngdekraft gradvist ville trække teleskopet tættere på planeten. Efterladt, teleskopet ville genindføre jordens atmosfære og styrte ned på jorden. NASA ville sandsynligvis ikke lade det ske alene - det ville være for farligt uden at vide, hvor teleskopet ville lande. I stedet, NASA ville sandsynligvis sende en mission, enten bemandet eller ubemandet, at hente teleskopet sikkert eller kaste det ned i et ubeboet område, såsom et hav. NASA overvejede bare at lade Hubble dø, men et entusiastisk ramaskrig fra det videnskabelige samfund fik NASA -embedsmænd til at genoverveje.

Den næste mulighed var at sende en bemandet rummission op og bruge astronauter til manuelt at udskifte, opgradere og reparere Hubbles systemer. Efter Columbia -katastrofen, NASA var tilbageholdende med at risikere astronauters liv på Hubble -reparationsjob. Selv da rumfærgerprogrammet startede op igen i 2005, astronauter blev kun sendt til den internationale rumstation. Det er fordi astronauterne kunne tage ly i stationen, hvis noget gik galt med bussen. Der kunne de afvente redning.

Hubble -teleskopet har ikke de faciliteter eller udstyr, der kræves for at holde et shuttle -personale i live og i sikkerhed. Teleskopet er også for langt væk fra rumstationen til, at en shuttle kan rejse til teleskopet, derefter manøvrere til rumstationen. Hvis noget gik galt, astronauterne på missionen ville blive udsat for alvorlig fare. I et par år, NASA var uvillig til at støtte en bemandet mission for at reparere teleskopet.

Den tredje mulighed var at sende en robot op til Hubble -teleskopet for at foretage reparationer. NASA begyndte at undersøge denne mulighed i 2004. En robot ville give NASA mulighed for at foretage reparationer og opgraderinger uden at bringe menneskeliv i fare. Men der var også en ulempe ved at bruge en robot. Robotter er ekstremt dyre at designe, udvikle og producere. NASA måtte afveje omkostningerne ved at udvikle en robot med fordelene ved at have Hubble online igen.

NASA havde en svær beslutning at tage. Det videnskabelige samfund bønfaldt på teleskopets vegne. Men risikoen for menneskeliv ville altid være en faktor. Med det i tankerne, NASA gik i gang med et bestemt handlingsforløb. Hvor de endte var en helt anden historie.

Hvad besluttede NASA at gøre, og hvordan ændrede organisationens planer sig over tid? Find ud af det i det næste afsnit.

Reparationsmissionen

I 2004, NASA begyndte at undersøge muligheden for at bruge en robot til at reparere Hubble. NASA ville starte robotten ved hjælp af en raket, der ligner dem, der blev brugt i Apollo -missionerne. Selvom en sådan mission ikke ville bringe menneskers liv i fare, der var andre overvejelser, der gjorde det til en vanskelig beslutning. For én ting, ingeniører designet Hubble, så mennesker kunne foretage reparationer og opgraderinger, så robotten skulle efterligne et menneskes bevægelsesområde i rummet. For en anden, et sådant program ville være ekstremt dyrt, gør det til en udfordring at skaffe den rette finansiering.

NASA kiggede på flere virksomheder og forskningsfaciliteter, da de overvejede en robotløsning til Hubble -problemet. Blandt kandidaterne var Canadian Space Agency (CSA). CSA udviklede en robot, de kaldte Dextre. Robotten havde to lange, flerledede arme, der var i stand til at udføre flere grundlæggende opgaver. Tidlig forskning var lovende. Men NASA besluttede til sidst at bruge robotten. Hvorfor? Dels fordi skeptikere mente, at reparationen af ​​Hubble var for sart for en robot. En anden stor faktor var prisen - estimater på omkostningerne ved en mission ved hjælp af Dextre lå mellem $ 1 og $ 2 milliarder. NASA havde ikke nok penge på budgettet til at finansiere en sådan operation.

Det så ud som om NASA trods alt ville lade Hubble dø. Men da Mike Griffin blev NASA -administrator i 2005, han besluttede at tage et andet kig på at reparere Hubble. Efter lidt overvejelse, Griffin annoncerede den 31. oktober, 2006, at en ny bemandet mission ville rejse til Hubble for at installere opgraderinger og reparere teleskopet. De foreslåede ændringer vil forlænge Hubbles levetid til 2013. Da ville James Webb -rumteleskopet skal være online og i kredsløb.

Griffins meddelelse betød, at NASA igen måtte se nærmere på rumfærge -programmet. NASA planlagde reparationsmissionen til sommeren 2008. Det blev først skubbet tilbage til efteråret 2008 på grund af en forsinkelse i rumfærgens brændstoftankproduktion [kilde:New Scientist]. Yderligere problemer forsinkede lanceringen til den 11. maj, 2009. Nu transporterer rumfærgen Atlantis et mandskab med astronauter til Hubble. I standby er en anden rumfærge, bestræbelsen. Det er besætningen på Endeavours opgave at tjene som redningshold, hvis noget skulle gå galt med Atlantis.

En gang på Hubble, astronauterne vil slukke gyroskoper og batterier, effektivt at give teleskopet mindst fem års driftskraft og vejledning mere. De vil også reparere nogle termiske afskærmninger på teleskopet designet til at beskytte Hubbles elektronik mod farerne i rummet. De erstatter de to defekte ACS -kameraer og STIS, og de vil også installere nyt udstyr, der giver Hubble endnu flere muligheder. NASA forventer, at hele missionen vil kræve mindst fem rumvandringer [kilde:HubbleSite]. Alle reparationer og opgraderinger udføres i hånden.

Når Hubble er repareret, hvad sker der så? Find ud af det i det næste afsnit.

Mens Dextre ikke fik Hubble -reparationsgiggen, robotens historie slutter ikke der. NASA besluttede at bruge Dextre til en anden vigtig mission:reparation af den internationale rumstation. I marts 2008, rumfærgen Endeavour transporterede Dextre til rumstationen. Astronauter samlede robotten i rummet under en række rumvandringer.

Fremtiden for Hubble

Reparationsmissionen i 2009 bliver det sidste Hubble -opgraderings- og reparationsprojekt. Når besætningen på Atlantis er færdig med at arbejde på Hubble, teleskopet vil fortsætte med at indsamle data og overføre oplysningerne tilbage til NASA. Med sit nye udstyr, Hubble vil være i stand til at se længere ind i universet og indsamle flere oplysninger om himmellegemer.

Hubbles opgraderinger vil omfatte en Wide Field Camera 3 ( WFC3 ) og a Kosmisk oprindelse spektrograf ( COS ). WFC3 kan tage billeder ved hjælp af lys på tværs af et bredt spektrum, fra infrarød til ultraviolet. Det vil være det mest kraftfulde kamera, der er installeret på Hubble til dato. COS indsamler data på en måde, der ligner STIS. Så ikke kun vil NASA modtage information fra Hubbles reparerede systemer, men også information fra nye, mere kraftfulde komponenter.

Information fra Hubble kan fortælle os meget om universet. Forskere planlægger at bruge Hubble til at fortsætte forskningen om alt fra sorte huller til mørkt stof. Med Hubble, vi kan muligvis opdage flere planeter, der ligner vores egne. Uden det, vi skulle vente flere år, før udskiftningen kunne overtage jobbet.

Forudsat at alle Hubbles stumper fungerer som de skal, teleskopet skal kunne fortsætte med at fungere indtil 2013. Det er bare et skøn - i virkeligheden teleskopet fungerer muligvis længere end det. En del af reparationsopgaven indebærer at tilslutte en enhed til Hubble, der vil hjælpe NASA, når det er tid til at deorbitere teleskopet. Det er rumtale for at få teleskopet til at gå ned på jorden. Selvom reparationsopgaven er en fuldstændig succes, Hubbles dage er talte.

Men NASA arbejder på et andet rumteleskop. Det kaldes James Webb Space Telescope, udviklet af Northrop Grumman Space Technology. Det nye teleskop vil indeholde flere kameraer, der er mere kraftfulde end dem, der i øjeblikket er på Hubble.

Hubble har leveret uvurderlige oplysninger til forskere siden lanceringen. Forhåbentlig efter denne sidste reparationsmission, det vil fortsætte med at gøre det i flere år endnu.

For at lære mere om Hubble -rumteleskopet og andre emner, se nærmere på linkene på den næste side.

Space Telescope Science Institute (STScI) tilbageholder alle billeder taget af Hubble fra offentligheden i et helt år, før de frigives. Hvorfor det? Det er for at give de forskellige forskningsinstitutioner og universiteter den tid, de har brug for til at analysere og dokumentere deres undersøgelser. Disse organisationer skal planlægge tid med Hubble i god tid. Hvis STScI skulle frigive fotos tidligere, disse institutioner skulle konkurrere mod andre grupper, der ikke planlagde tid med Hubble. Det hele kommer ned til fairness.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer Hubble -rumteleskop
• Sådan fungerede rumfartøjet Apollo
• Sådan fungerer sorte huller
• Hvordan fungerer det at gå på badeværelset i rummet?
• Hvor længe kan et menneske overleve i det ydre rum?
• Sådan fungerer månelandinger
• Sådan fungerer NASA
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer satellitter
• Sådan fungerer rumdragter
• Sådan fungerer rumfærger
• Sådan fungerer rumstationer
• Sådan fungerer rumturisme
• Sådan fungerer teleskoper

Flere store links

• Discovery SpaceGuide
• HubbleSite
• PBS Mysteries of Deep Space
• NASA
• Space.com

Kilder

• Gitlin, Jonathan M. "Hubble lukker ned." Ars technica. 30. jan. 2007. Hentet 6. maj, 2008. http://arstechnica.com/journals/science.ars/2007/01/30/6808
• Halverson, Todd. "Canadian Robot Top Choice for Hubble Service Mission." Florida Today via Space.com. 11. august kl. 2004. http://www.space.com/news/dextre_hubble_040811.html
• "Hubble." NASA. Hentet 6. maj, 2008. http://pds.jpl.nasa.gov/planets/welcome/hubble.htm
• "Hubble -reparationsmission forsinket." New Scientist Space og Reuters. 2. maj kl. 2008. Hentet 5. maj, 2008. http://space.newscientist.com/article/dn13832-hubble-repair-mission-delayed.html
• HubbleSite http://hubblesite.org/
• Hubble rumteleskop . (2008). Encyclopedia Britannica . Hentet 6. maj, 2008, fra Encyclopedia Britannica Online:http://www.britannica.com/EBchecked/topic/274508/Hubble-Space-Telescope
• Malik, Tariq. "Spacewalkers Tilføj værktøjssæt, Kameraer til Stationens nye robot. "Space.com. 18. marts, 2008. Hentet 5. maj, 2008. http://www.space.com/missionlaunches/080318-sts123-third-spacewalk-wrap.html
• NASA. http://www.nasa.gov