Kameraet, der reddede Hubble, fylder 25 år

For 25 år siden i denne uge, NASA holdt sit kollektive åndedræt, da syv astronauter på rumfærgen Endeavour indhentede Hubble-rumteleskopet 353 miles (568 kilometer) over Jorden. Deres mission:at rette en ødelæggende fejl i teleskopets primære spejl.

På størrelse med en skolebus, Hubble-rumteleskopet har et 8 fod (2,4 meter) primært spejl. Det største optiske teleskop nogensinde sendt ud i rummet, hvor den kunne observere universet fri for de forvrængende virkninger af Jordens atmosfære, Hubble kørte meget på den. Men efter at de første billeder blev taget og omhyggeligt analyseret efter teleskopets indsættelse den 25. april, 1990, det var tydeligt, at der var noget galt:Billederne var slørede.

Astronomer og ingeniører samledes for at studere en række forskellige løsninger på problemet, og NASA indkaldte en uafhængig komité for at finde kilden. De kom alle til den samme konklusion:Hubbles primære spejl, som ligner en meget lav skål, var blevet poleret til den forkerte form. Fejlen var mindre end bredden af ​​et menneskehår, men effekten var betydelig. Hvis fejlen ikke blev rettet, Hubble ville aldrig nå sit fulde potentiale.

I ugen den 6. dec. 1993, astronautbesætningen installerede to stykker hardware beregnet til at rette fejlen. Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) blev designet og bygget af et team på NASAs Goddard Spaceflight Center i Greenbelt, Maryland, og ville korrigere for spejlfejlen i tre af de fem instrumenter på Hubble.

Det andet instrument var Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), designet og bygget på NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. WFPC2, som faktisk indeholder fire kameraer, ville fortsætte med at producere mange af Hubbles betagende billeder, hjælper med at transformere vores syn på kosmos.

På størrelse med et babyflygel, instrumentet afbildede objekter og begivenheder, der fandt sted i vores eget solsystem – såsom kometen Shoemaker-Levy 9's styrt ind i Jupiter – til de fjerneste kosmologiske billeder, der nogensinde var blevet taget i synligt lys. Det genererede betagende øjebliksbilleder af galakser, eksploderede stjerner og tåger, hvor nye stjerner fødes. Under instrumentets funktionstid, Hubble-ledere pegede teleskopet mod en enkelt, sort plet på himlen i mere end en uge og fandt tusindvis af hidtil usete galakser.

Men WFPC2's succes var langt fra garanteret. Instrumentet blev bygget på en utrolig stram tidslinje, og at designe det til at rette fejlen var noget JPL's John Trauger, hovedefterforsker for WFPC2, ville senere beskrive som at være beslægtet med "at prøve at spille baseball på siden af ​​en bakke."

"Der er et stort pres, når du bygger et ruminstrument, selv under normale omstændigheder, " sagde Dave Gallagher, JPLs associerede direktør for strategisk integration, der fungerede som integrations- og testchef for WFPC2. "Men når du reparerer noget, der i det væsentlige vil skabe eller ødelægge hele agenturets omdømme, trykket går gennem taget."

Et spejlbillede

I juni 1990 NASA meddelte, at Hubble-teleskopet ikke fungerede som forventet. WFPC2-teammedlemmer siger, at de husker, at reaktionen fra offentligheden og medierne ofte var pessimistisk eller endda vantro. Trauger så netværkets nyhedsanker Tom Brokaw begynde sit program den aften med at sige, "Hubbleteleskopet, du har hørt så meget om - det er gået i stykker."

"Løftet om Hubble-programmet, anvendelsen af ​​vores bedste teknologi til at skubbe astronomiens grænser tilbage, var øjeblikkeligt blevet forvandlet i offentligheden til et ikon for teknisk fejl, " skrev Trauger i et essay i 2007.

Trauger samlede sit team for at løse problemet. Teleskopets primære og sekundære spejle opsamlede lys og ledte det til de fem videnskabelige instrumenter ombord. Det primære spejl kunne ikke udskiftes og kunne ikke returneres til Jorden til reparation. Der skulle findes en løsning for hvert af Hubbles instrumenter. COSTAR-enheden gav korrigerende optik til tre af dem, eliminerer behovet for fuldt ud at erstatte disse instrumenter. Men den samme tilgang ville ikke fungere for teleskopets Wide Field and Planetary Camera (WFPC), forgængeren til WFPC2.

Trauger og hans team kom med en potentiel løsning. Den primære spejlfejl fik lys, der ramte forskellige dele af spejlet, til at komme i fokus på forskellige steder, så holdet skulle finde ud af, hvordan det skulle omdirigeres til det relevante fokuspunkt. Deres løsning var at omdanne problemet:De ville placere fire identiske spejle i nikkelstørrelse inde i instrumentet - et for hvert af de fire kameraer inde i WFPC2 - med samme fejl som det defekte primære spejl, men hvor det primære spejl var for fladt, de nye spejle ville være buede for dybt. Sammen, disse to fejl ville annullere hinanden, producerer hvad der svarer til et enkelt spejl med den korrekte form.

NASA accepterede JPLs forslag om at bygge en WFPC-erstatning. Agenturet havde planlagt at udføre Hubble-reparationsmissioner hvert tredje år og besluttede at opretholde denne tidsplan. Den første reparationsmission blev sat til efteråret 1993. JPL skulle levere erstatningen inden vinteren 1992 - lidt over 2 år væk. Kapløbet om at reparere Hubble var i gang.

Under pres

To år var ikke nær nok tid til at bygge et nyt kamerainstrument fra bunden. Heldigvis, WFPC2 var allerede under opbygning hos JPL; NASA havde til hensigt at bruge det som en opgradering til WFPC eller en erstatning, hvis instrumentet nogensinde fejlede.

Selv med arbejdet på WFPC2 allerede i gang, fristen krævede en fremskyndet tidsplan. Dave Rodgers og Larry Simmons, WFPC2-projektlederne, holdt daglige møder med lederne af hver af WFPC2's flere komponenter for at hjælpe med at holde mål.

"De daglige møder holdt presset på os alle, hele tiden, " sagde Simmons, som trak sig tilbage fra JPL i 2005. "Vi vidste, at vi kun havde et par år, og vi var nødt til at få det gjort."

Mens de korrigerende spejle var små, de påvirkede næsten alle trin i byggeprocessen og skabte "en endeløs række af nye problemer, " ifølge Trauger.

For at minimere risikoen for fejl under WFPC2's installation i lavt kredsløb om Jorden, de syv astronauter, der var planlagt til at udføre reparationsmissionen, rejste til JPL for at lære om instrumentet og blive trænet i, hvordan man installerer det. De ville indsætte WFPC2 i et hulrum i teleskopets krop, som om du skubber den ned i en skuffe. Og selvom de skulle sikre sig, at de elektriske forbindelser bag på instrumentet var sikre, de havde ingen mulighed for at nå disse forbindelser; de kunne kun kontrollere, hvordan de indsatte instrumentet.

Det komplicerede sagen yderligere var vægten af ​​WFPC2:Med mere end 600 pund (272 kg), det var uhåndterligt selv i mikrotyngdekraften i lavt kredsløb om Jorden. Et af instrumentets spejle, kaldet pickoff-spejlet, var monteret på en kort arm placeret uden for beskyttelseshylsteret. Blot at støde spejlet ville fejljustere systemet og i det væsentlige ødelægge hele instrumentet. Under WFPC2's konstruktion, Trauger og kolleger viste en model af instrumentet til en astronaut, der stødte på pickoff-spejlet. Trauger kunne ikke lade være med at undre sig, "Er dette et varsel?"

Tid til at flyve

Lederne af WFPC2-holdet rejste til NASA's Kennedy Space Center i Florida for den tidlige morgenlancering den 2. december, 1993. Efter at have forladt Kennedy og opsøgt en tidlig morgenmad, Gallagher husker at kigge op på himlen før daggry for at se rumfærgen passere over hovedet og nærme sig Hubble; objekterne dukkede op som to svage lyspunkter på himlen, da de kredsede om Jorden.

På den sjette dag af missionen, astronauterne Jeffrey Hoffman og Story Musgrave gennemførte en rumvandring for at fjerne WFPC fra Hubble og installere WFPC2. Alt så ud til at gå som planlagt, men den rigtige prøve var endnu ikke kommet.

Astronauterne vendte tilbage til Jorden den 13. december, og de første rådata fra WFPC2 kom tilbage den 18. december. Holdet sendte dataene gennem billedbehandlingssoftwaren og så spændt på, mens billederne begyndte at rasle hen over skærmen. Der var øjeblikkelig lettelse.

"De var skarpe, " sagde Trauger om billederne. "Og det var ikke kun, at vi havde billeder, der så fantastiske ud, det var, at vi gjorde nye opdagelser med det samme. Der var ting i billederne, som vi aldrig havde set før."

NASA udgav de første billeder til offentligheden den 13. januar, 1994. Dagen efter, WFPC2-holdet præsenterede resultaterne for et overløbspublikum ved vintermødet i American Astronomical Society.

"Da vi viste de første billeder, rummet brød ud; vi fik et stående bifald, " sagde Trauger. "Det ser man normalt ikke på et astronomimøde!"

WFPC2-instrumentet fungerede på Hubble i over 15 år og tog mere end 135, 000 observationer af universet. Mere end 3, 500 videnskabelige artikler blev skrevet baseret på disse data, før instrumentet blev pensioneret i 2009, og over 2, 000 flere er blevet offentliggjort siden.

"WFPC2 lykkedes ikke ved magi eller held; det lykkedes, fordi vi havde en kompetent og hårdtarbejdende gruppe mennesker, der forstod, hvad der var på spil og tog udfordringen op, " sagde Gallagher. "Og ligesom med ethvert projekt, Jeg ville ønske, jeg kunne have transporteret det hold med mig til den næste mission."

I maj 2009 astronauter fjernede WFPC2 fra Hubble og erstattede det med Wide Field Camera 3 (WFC3), som fortsætter med at fungere i dag - 28 år efter, at Hubble første gang tændte. WFPC2 blev senere vist offentligt på Smithsonian Air and Space Museum i Washington, D.C.