211service.com
Dlaczego Hubble nie przypomina żadnego innego satelity w historii?
W tym fragmencie z jej książki Odciski dłoni na Hubble'u: historia wynalazku astronauty , pierwsza Amerykanka, która spacerowała w kosmosie, opowiada, jak to było być częścią zespołu, który zaprojektował i uruchomił teleskop kosmiczny. 19 listopada 2019 r.
Odciski dłoni na okładce książki Hubble'a Prasa MIT
Można powiedzieć, że dorastaliśmy razem, Hubble i ja. Większość ludzi śledzi początek Hubble'a od raport napisany w 1946 roku przez astronoma Lymana Spitzera z Princeton. Urodziłem się w Paterson w stanie New Jersey 3 października 1951 roku. Gdy dorastałem przez dzieciństwo i nastolatki, Hubble marniał w stanie zahamowania rozwoju, podczas gdy technologie nowej ery kosmicznej dojrzały na tyle, by wprowadzić wizję Spitzera w świat. królestwo możliwości. Cudownym zbiegiem okoliczności, we dwoje rozpoczęliśmy ostatni odcinek naszych podróży w kosmos niemal w tym samym czasie, a mój wybór astronautów i aprobata Kongresu Hubble'a miały miejsce w 1978 roku.
Hubble to niesamowite dzieło inżynierii. To, co sprawia, że Hubble radykalnie różni się od wszystkiego, co zbudowano wcześniej lub później, to fakt, że został zaprojektowany do obsługi przez dwie osoby w masywnych skafandrach kosmicznych podczas orbitowania setki mil nad Ziemią. To jak praca nad samochodem, mając na sobie nadmuchiwany strój zapaśnika sumo i rękawice bokserskie, z dodatkowym skrętem, który sprawia, że twoje narzędzia odlatują, jeśli je puścisz.
Zasady projektowania łatwego do utrzymania są proste, znane każdemu, kto kiedykolwiek wykonał choćby najmniejszą naprawę domu lub samochodu: rzeczy są łatwiejsze do naprawy, gdy układ części jest prosty i uporządkowany, nie trzeba zakłócać zdrowych jednostek, aby je uzyskać w uszkodzonym urządzeniu elementy złączne i złącza są ustandaryzowane i potrzeba kilku unikalnych narzędzi. W jaki sposób grupa ludzi, którzy nigdy nie byli na orbicie ani nie nosili skafandrów kosmicznych, zorientowała się, co oznacza konserwacja w środowisku mikrograwitacyjnym, a następnie włączyła to wszystko do projektu teleskopu?
Dwie innowacje stanowią dobre przykłady pomysłowej i wymagającej pracy wykonanej na wczesnych etapach projektowania Hubble'a. Trudność serwisowania Hubble'a kładła bardzo duży nacisk na uproszczenie interfejsów narzędzi w celu zwiększenia wydajności i zmniejszenia kosztów ogólnych związanych z przygotowaniem do pracy.
Projektant Henry Ford (niezwiązany z rodziną motoryzacyjną) postanowił zająć się pierwszym z nich, ograniczając różnorodność elementów złącznych stosowanych w teleskopie. Wyruszył w poszukiwaniu najmniejszej możliwej śruby, która miała niezbędną wysoką wytrzymałość na rozciąganie i rozsądny moment zerwania. Mówiąc prostym językiem, oznacza to śrubę wystarczająco mocną, aby wytrzymać siły, które, jak sądził, wystąpią podczas startu wahadłowca (wahadłowiec wciąż znajdował się na deskach kreślarskich, więc nie było żadnych wiarygodnych danych), ale nie był zbyt trudny do poluzowania kluczem . Opierając się na szczególnie mocnej śrubie z sześciokątnym łbem o podwójnej wysokości 7/16 cala, Ford rozpoczął swoją misję z zespołem zajmującym się montażem elektroniki. Zadaniem tego zespołu zawsze było upewnienie się, że żadne pudełko z elektroniką nigdy nie poluzuje się z mocowań; usuwanie śrub na orbicie nigdy nie przyszło im do głowy. Po kilku rundach dyskusji i analiz zgodzili się użyć wybranego przez niego bełtu na wszystkich swoich jednostkach. Następnie Ford przeszedł do zespołu mechanizmów, odpowiedzialnego za takie rzeczy, jak panel słoneczny oraz zawiasy i zatrzaski anteny, a wreszcie zespół instrumentów naukowych. Kiedy skończył, zebrał dane inżynieryjne potrzebne do udowodnienia, że śruba nadaje się do każdego zastosowania i był zobowiązany do jej użycia od głównego inżyniera każdego systemu. NASA później uczyniła z tego standardową śrubę na promie i stacji kosmicznej do wszystkiego, co można naprawić podczas spaceru kosmicznego, lub EVA [aktywność poza pojazdem].
Wynalazek Toma Fishera miał na celu przygotowanie miejsca pracy. Znał 38 miejsc pracy EVA na teleskopie lepiej niż ktokolwiek inny, ponieważ wykonał ręcznie precyzyjne i szczegółowe rysunki techniczne każdej lokalizacji i pozycji ciała, które umożliwiłyby odpowiednim astronautom dotarcie i obsługę wszystkich urządzeń konserwacyjnych. Fisher dostrzegł potrzebę posiadania przenośnej platformy roboczej EVA, znanej jako podnóżek, która byłaby bardziej wszechstronna niż prosta, którą przewidziała NASA.
Przenośny podnóżek jest dla astronautów tym, czym grawitacja jest dla mechaniki naziemnej: rzeczą, która pozwala im zakotwiczyć stopy, aby mogli wywierać nacisk lub wywierać siłę na swoje narzędzia. Spróbuj przekręcić śrubę w mikrograwitacji przestrzeni bez podpórki pod stopy, a zobaczysz, że zamiast tego obraca się twoje swobodnie unoszące się ciało. Wczesne ograniczniki stóp były w zasadzie płytami na kijach. Zostały zaprojektowane tak, aby wystawały prosto z konstrukcji, do której zostały przymocowane. Podnóżek mógł przechylać się tylko w jednej osi i nie można go było regulować podczas użytkowania. Fisher wpadł na pomysł dodania pedałów do podnóżka, aby astronauci mogli obracać swoje ciała za jednym dotknięciem buta. Dopracowaliśmy wstępną koncepcję Fishera poprzez serię testów neutralnej pływalności, które rozpoczęły się w 1985 roku, ostatecznie tworząc wysoce wszechstronne urządzenie, które latało na każdej misji Hubble'a i jest obecnie używane na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
Przez pierwsze dwie minuty i 15 sekund jazda była burzliwa i głośna, jak szalona kombinacja trzęsienia ziemi, koncertu rockowego i myśliwca. Wibracje niemal wstrząsały kościami; pchnięcie pchające w górę przez moje plecy silne i stałe. Poczułem, jak ciąg się kończy, usłyszałem raport Charliego, że rakiety na paliwo stałe wypaliły się zgodnie z oczekiwaniami, a potem usłyszałem… uderzenie który ogłosił, że zostali wyrzuceni. Teraz jazda wydawała się cicha i płynna jak pociąg elektryczny. Kiedy silniki wyłączyły się sześć minut później, lekkość w moich kończynach i listy kontrolne unoszące się na końcu liny potwierdziły, że wróciłem na orbitę. Od razu poczułem się jak w domu.
Lekkość moich kończyn i listy kontrolne unoszące się na końcach wiązań potwierdziły, że wróciłem na orbitę. Byłem z powrotem na orbicie. Od razu poczułem się jak w domu.
Nasz pierwszy dzień na orbicie zakończyliśmy w świetnym humorze. Ramię robota działało dobrze, teleskop nie wykazywał żadnych śladów uszkodzeń spowodowanych silnymi siłami startu, a nasze skafandry kosmiczne sprawdziły się doskonale.
Dzień wdrożenia Hubble'a rozpoczął się dla nas całkowicie zapomnianą melodią pobudki i rutynowymi zadaniami na początek dnia: ubierz się, zjedz kęs śniadania, przejrzyj poranną wiadomość, zaktualizuj dane nawigacyjne promu i upewnij się, że wszystkie nasze Eksperymenty na środkowym pokładzie przebiegały prawidłowo. Starannie opracowany plan rozmieszczenia zaczął się rozpadać, gdy tylko Steve zaczął wyciągać teleskop z ładowni. Plan gry dotyczący rozmieszczenia wypustek teleskopu, jak nazywano panele słoneczne i anteny, zaczął się rozwijać. Niemal każdy krok w tym planie ujawniał, że zespół kontroli naziemnej w Centrum Sterowania Operacjami Kosmicznego Teleskopu nie w pełni docenił złożoność systemów Hubble'a i walczył z tempem i stresem rzeczywistych operacji lotów kosmicznych.
Nasze wielkie nadzieje na spektakularne pierwsze zdjęcie z Hubble'a spadły na Ziemię kilka tygodni później, kiedy świat dowiedział się, że wielomiliardowy teleskop kosmiczny, który właśnie umieściliśmy na orbicie, ma niewyraźne widzenie. Charlie i Steve spędzili wiele długich tygodni, martwiąc się, że mogli to spowodować uderzając w teleskop, gdy ostrożnie wyciągali go z ładowni wahadłowca. Musieli być jedynymi ludźmi na Ziemi, którzy z ulgą dowiedzieli się, że 96-calowe zwierciadło główne Hubble'a ma niewłaściwy kształt. Był zbyt płaski na obwodzie o 0,0001 cala, co stanowi około 1/25 średnicy ludzkiego włosa lub 1/40 grubości typowej strony książki w twardej oprawie.
To była niewiarygodna wiadomość, niewyobrażalny błąd. Fala szoku i udręki przeszła przez NASA i społeczność naukową Hubble'a. Kongres i media wybuchły oburzeniem. Ból był wyraźnie wypisany na popielatych twarzach urzędników NASA, którzy przekazali wiadomość opinii publicznej.
Musieli być jedynymi ludźmi na Ziemi, którzy z ulgą dowiedzieli się, że 96-calowe zwierciadło główne Hubble'a ma niewłaściwy kształt.
Rozpoczęcie pierwszej misji konserwacyjnej dwa do trzech lat po rozmieszczeniu było od dawna planem, ale nikt nigdy nie przypuszczał, że życie misji Hubble'a wisi na włosku już za pierwszym razem.
Jak to często bywa, sztuczka do znalezienia rozwiązania polegała na przekształceniu problemu. Czy samo lustro naprawdę wymagało naprawy? Załóżmy zamiast tego, że prawdziwym wyzwaniem jest skorygowanie światła, które odbijało się w instrumentach? Jedna szczęśliwa okoliczność — samotny skrawek dobrej nowiny w skądinąd naprawdę okropnym fiasku — sugerowała, że może to być możliwe. Kształt lustra rzeczywiście był zły, ale był właśnie zły. Oznaczało to, że inżynierowie mogli bardzo dokładnie obliczyć różnicę między jego rzeczywistym kształtem a kształtem, jaki miał być. Informacje te mogłyby następnie zostać wykorzystane do obliczenia korekcji, która przywróciłaby widzenie teleskopu, podobnie jak optometrysta określa kształt soczewek korekcyjnych potrzebnych do pary okularów.
Do października zespół dysponował zarysami planu naprawczego. Jeden z czterech dużych instrumentów naukowych na rufie Hubble'a zostałby zastąpiony identycznym pudełkiem zawierającym optykę korekcyjną - małe lusterka w obudowie Hubble'a, a nie soczewki. Zwierciadła te dostarczałyby odpowiednio skupione światło do czujników naprowadzania teleskopu i trzech pozostałych instrumentów. Podobne lustra zostaną wbudowane w jednostkę zastępczą głównego instrumentu obrazowania Hubble'a, kamery szerokokątnej / planetarnej, która była już w budowie.
Cztery inne załogi wahadłowca odwiedzi Hubble'a w ciągu następnych 16 lat. Każda misja serwisowa ulepszała istniejące metody i wymyślała nowe urządzenia, aby radzić sobie z coraz bardziej złożonymi naprawami, ale wszystkie opierały się w dużym stopniu na narzędziach i sprzęcie wyprodukowanym przez oryginalny zespół. Przed czwartą misją zespoły naprawcze Hubble'a robiły rzeczy, których nigdy byśmy nie brali pod uwagę w 1990 roku, na przykład zdejmowanie pokrywy z delikatnego instrumentu naukowego zamontowanego zaledwie kilka stóp pod lustrem głównym w celu wymiany poszczególnych płytek drukowanych.
Podczas wykonywania swoich ważnych zadań kosmonauci, którzy utrzymywali teleskop, pozostawili odciski dłoni na jego zewnętrznej powierzchni.
W ciągu pięciu misji konserwacyjnych 16 spacerów kosmicznych spędzi łącznie 165,8 godzin – zaledwie sześć minut przed pełnymi siedmiu dniami – jeżdżąc na ramieniu robota wahadłowca lub wspinając się wokół teleskopu. Dzięki tym misjom dzisiejszy teleskop jest o wiele lepszym instrumentem niż ten, który wdrożyliśmy po raz pierwszy 25 kwietnia 1990 roku. Jego niezawodność, przechowywanie danych i szybkość transmisji danych wzrosły, gdy załogi promów kosmicznych zastąpiły oryginalną elektronikę z lat 70. najnowocześniejsze komponenty półprzewodnikowe.
Trzykrotny wzrost wrażliwości pozwala mu zajrzeć głębiej we wszechświat. Kamery Hubble'a są dziś 100 razy lepsze niż na początku, a jego spektrografy są 10 razy lepsze. Wszystkie te postępy pozwoliły Hubble'owi zmierzyć tempo ekspansji wszechświata, znane jako stała Hubble'a, prawie pięć razy dokładniej niż cel projektowy przed lotem, i zostać uznanym za najbardziej produktywne obserwatorium, jakie kiedykolwiek zbudowano.
Zasadniczo wszystko, co pozostało z Hubble'a, który wnieśliśmy w powietrze w 1990 roku, to dwa lustra i kratownica pomiarowa, która je utrzymuje, żółte poręcze z pianki EVA i gniazda podnóżków oraz błyszcząca srebrna powłoka zewnętrzna, która sprawia, że ta wspaniała latająca maszyna jest tak łatwa do zauważenia, gdy przechodzi nad głową o zmierzchu. Ta srebrna skóra błyszczy znacznie mniej niż w dniu, w którym po raz pierwszy zobaczyłem Hubble'a w kwietniu 1985 roku. Duża część rozkładu jest spowodowana po prostu surowym środowiskiem kosmicznym. Wszystkie satelity wietrzą, ponieważ są nieustannie bombardowane przez mikrometeoroidy, kawałki kosmicznych śmieci, intensywne promieniowanie i naładowane cząstki wiatru słonecznego. Hubble jako jedyny wśród satelitów podlega wpływowi innej siły pogodowej: kontaktu z ludźmi. Podczas wykonywania swoich ważnych zadań kosmonauci, którzy utrzymywali teleskop, pozostawili odciski dłoni na jego zewnętrznej powierzchni.
Te widoczne odciski dłoni są jak czubek góry lodowej, dramatyczne ślady większej masy, która jest poza zasięgiem wzroku. Dla mnie symbolizują one niezliczone ziemskie ręce, które zaprojektowały możliwość konserwacji teleskopu, zbudowały narzędzia i sprzęt potrzebny do urzeczywistnienia obsługi na orbicie, wyszkoliły załogi lotnicze i wykonywały każdą misję równie niestrudzenie jak sami astronauci. Każdy z tych niedocenionych ludzi może słusznie twierdzić, że ma również odciski lewej ręki na Hubble'u.
Kathryn D. Sullivan jest astronautką NASA (emerytowaną), byłą podsekretarzem ds. handlu oceanami i atmosferą Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej (NOAA) oraz członkiem Galerii Sław Astronautów. Ten esej jest adaptacją i fragmentem jej książki, Odciski dłoni na Hubble'u: historia wynalazku astronauty , który został opublikowany 19 listopada 2019 r. przez MIT Press.