Pagrindinio veidrodžio defektas paiškėjo netrukus po „Hubble“ kosminio teleskopo (HST) paleidimo 1990 m. balandžio 25 d. Mokslininkai ir inžinieriai pastebėjo, kad HST pirminis veidrodis turi sferinę aberaciją: gauti vaizdai buvo neryškūs.
Kairėje – nekoreguota plataus lauko ir planetų kamera (Wide Field and Planetary Camera 1 – WFPC1) gauta galaktikos M100 neryški nuotrauka 1993 m. lapkritį, dešinėje – vaizdas, gautas pakeitus prietaisą su pakoreguota optika, 1993 gruodyje
„Hubble“ gauti Melnik 34 žvaigždės vaizdai įrodė, kad atkurtas teleskopo planuotas optinis veikimas
Defektas
Praėjus dviem mėnesiams po paleidimo, 1990 m. birželio 27 d., NASA paskelbė, kad teleskopas turi trūkumų. „Hubble“ plačiakampėje ir planetų kameros (Wide Field and Planetary Camera – WFPC) bei silpnų objektų kameros (Faint Object Camera – FOC) vaizduose buvo pastebėtas iškraipymas, vadinamas sferine aberacija. Defektas galėjo atsirasti pirminiame veidrodyje, antriniame veidrodyje arba abiejuose.
Defekto priežasties ištyrimui 1990 m. liepos 2 d. NASA sudarė HST optinių sistemų tyrimo tarybą. Optikai mokslininkai ir NASA darbuotojai, peržiūrėjo dokumentus, susijusius su „Hubble“ gamyba ir bandymais. Ji analizavo ir tikrino teleskopo veidrodžiams kurti naudotą įrangą, apklausė teleskopo gamyboje ir bandymuose dalyvavusius žmones. Tyrimo metu paaiškėjo, kad „Hubble“ pagrindinio veidrodžio paviršiaus kreivumas buvo klaidingas: prie išorinio krašto jis buvo pernelyg plokščias. Paklaida buvo 10 kartų didesnė už nustatytą leistiną nuokrypį, reikalingą tinkamam veikimui.
Kas nutiko?
„Hubble“ teleskopo, 828 kg, pagrindinis veidrodis yra vienas didelis 2,4 m skersmens diskas iš itin mažo plėtimosi stiklo. Speciali jo konstrukcija – Ritchey-Chrétien Cassegrain – yra kompaktiška ir palyginti lengva, palyginti su kitomis tokio dydžio teleskopų konstrukcijomis, todėl jį galima paleisti į kosmosą. Ši konstrukcija taip pat labai gerai tinka tolimiems objektams, pavyzdžiui, galaktikoms, stebėti.
„Hubble“ veidrodžio gamintojai netinkamai nustatė prietaisą, naudojamą kreivumui patikrinti galutinio formavimo ir poliravimo proceso metu. Veidrodis buvo per daug plokščias nuo centro ir dėl šio trūkumo, vadinamo sferine aberacija, pirminiame „Hubble“ veidrodyje buvo daugiau nei vienas židinio taškas, todėl vaizdai buvo neryškūs.
Dėl sferinės aberacijos (dešinėje) „Hubble“ veidrodyje susidarė keli židiniai, todėl vaizdai buvo neryškūs
Tas pats gali atsitikti ir mūsų akyse. Jei akies lęšiuko ar ragenos kreivė yra netaisyklinga, šviesa, patenkanti į vyzdį, gali turėti kelis židinius, todėl mūsų vaizdas tampa neryškus. Šiuos nelygumus ištaisome akiniais, kontaktiniais lęšiais arba lazerine operacija. Būtent tai NASA padarė su „Hubble“.
Problemos sprendimas
Kathryn C. Thornton pakelia COSTAR prieš jį įdedant į HST, o astronautas Thomas D. Akers yra apačioje kairėje. NASA nuotrauka
Kai WFPC komanda sužinojo apie „Hubble“ pagrindinio veidrodžio problemą, ji pradėjo ieškoti būdų, kaip ištaisyti trūkumus pačioje kameros optikoje. Jie pertvarkė WFPC kamerą, į ją įtraukdami vidinę optiką, sufokusavusią „Hubble“ vaizdus. Jų darbo rezultatas – 281 kg masės korekcinės optikos kosminio teleskopo ašies pakeitimo (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement – COSTAR) prietaisų paketas. Šaldytuvo dydžio, 0.8 m x 2.2 m x 2.0 m, COSTAR buvo tarsi akiniai likusiems „Hubble“ moksliniams prietaisams, tarp kurių buvo silpnų objektų kamera (FOC), Godardo didelės skiriamosios gebos spektrografas (GHRS) ir silpnų objektų spektrografas (FOS). Per pirmąją „Hubble“ aptarnavimo misiją (Servicing Mission – SM1), 1993 m. gruodžio mėn. astronautai įrengė WFPC2 ir COSTAR. Endeavour misijos STS-61 trukmė buvo 10 parų 19 val. ir 51 min., astronautai per penkis išėjimus atvirame kosmose dirbo 35 val. 18 min.
SM1 misijos astronautai (iš kairės į dešinę, sėdi): pilotas Kenneth D. Bowersox, specialistai Kathryn C. Thornton, F. Story Musgrave ir Claude Nicollier (ESA). Iš kairės į dešinę, stovi: misijos vadas Richard O. Covey, specialistai Jeffrey A. Hoffman ir Thomas D. Akers
Papildomi patobulinimai
„Hubble“ buvo sukurtas aptarnavimui kosmose, tad daugelis jo posistemių yra modulinės, standartizuotos ir prieinamos. „Hubble“ turi 49 skirtingas modulines posistemes, skirtas aptarnavimui. Jos apima nuo mažų saugiklių iki didelių mokslinių prietaisų, tokių kaip WFPC2. SM1 astronautai turėjo daugiau kaip 200 įrankių – nuo atsuktuvų iki specialiai „Hubble“ aptarnavimui sukurtos techninės įrangos.
Viena iš svarbiausių SM1 aptarnavimo užduočių buvo pakeisti „Hubble“ Saulės baterijas: jos per daug lankstėsi dėl įšilimo ir atšalimo, kuomet teleskopas judėjo į Saulės šviesą ir į Žemės šešėlį. Dėl temperatūros pokyčių Saulės baterijos svyravo, sukeldamos „Hubble” stebėjimo linijos „drebėjimą”. Mokslinio stebėjimo metu tiksliojo orientavimo jutikliai kartais nustodavo fiksuoti tiriamą objektą. Naujosios Saulės baterijos „nebeplasnojo” kaip drugelis.
Kita svarbiausia aptarnavimo užduotis buvo pakeisti kai kuriuos „Hubble“ giroskopus. Iš viso „Hubble“ turi šešis giroskopus, kurie po du sudėti į greičio jutiklių blokus (Rate Sensing Units – RSU). Tuo metu „Hubble“ reikėjo trijų giroskopų, kad būtų galima nukreipti ir sekti tiriamus objektus. Trys iš šešių giroskopų sugedo, o SM1 astronautai pakeitė du RSU.
SM1 metu sumontuoti arba pakeisti komponentai: Saulės baterijos, Saulės baterijų pavaros elektronika (Solar Array Drive Electronics – SADE), magnetometrai, skrydžio kompiuterio koprocesoriai, du greičio jutiklių blokai, du giroskopo elektroninio valdymo blokai, Goddardo didelės skiriamosios gebos spektrografo (Goddard High Resolution Spectrograph – GHRS) dubliavimo komplektas, plačiakampė ir planetinė kamera 2 (Wide Field and Planetary Camera 2 – WFPC2) ir COSTAR.