Космический телескоп «Хаббл» разрабатывали и строили 12 лет. Потратили в процессе 2.5 млрд долларов. Когда же прибор вышел на орбиту и прислал первые снимки, учёные узнали, что он неисправен. Сейчас расскажем, что случилось с телескопом «Хаббл», кто виноват и что с этим сделали.
12 лет разработки и 2.5 млрд долларов
Создание «Хаббла» началось с идеи, а идея появилась в 1923 году. Тогда немецкий учёный Герман Оберт вскользь упомянул в одной из своих книг концепцию орбитального телескопа. В 1946 году американский астрофизик Лайман Спитцер вернулся к идее Оберта и развил её. Согласно выкладкам учёного, орбитальный телескоп должен быть в разы эффективнее наземного. Просто потому, что в космосе лучше обзор и нет атмосферы, которая мешает вести качественные наблюдения в инфракрасном и ультафиолетовом диапазонах.
К 1968 году идею обкатали:
- британцы запустили орбитальный телескоп для исследования Солнца;
- американцы запустили две орбитальные обсерватории (ОАО).
Запуск ОАО-1 не дал результатов из-за проблем с аккумуляторными батареями, а вот ОАО-2 работала на орбите четыре года, при запланированном сроке службы в один год. Обсерватория изучала звёзды и галактики в ультрафиолетовом спектре, собрала новые научные данные и, своим успехом, вдохновила учёных на новые подвиги.
Первый проект орбитального телескопа забраковал Конгресс США, посчитав производство неоправданно дорогим. Учёные пересмотрели конструкцию, умерили исследовательские аппетиты и в 1978 году убедили конгрессменов выдать 36 млн долларов на строительство аппарата. Также к проекту подключилось европейское научное сообщество. Оно взяло на себя часть расходов в обмен на последующий доступ к мощностям телескопа. Запуск «Хаббла» запланировали на 1983 год.
Фронт работ предстоял колоссальный. За отведённое время и в рамках выделенного бюджета было необходимо разработать:
- сам телескоп и сопутствующие приборы;
- космический аппарат в котором телескоп будет летать по орбите;
- компьютеры, которые будут всем этим руководить;
- программное обеспечение, которое будет руководить компьютерами.
Проблемы начались на первых стадиях разработки. Компания «Перкин-Элмер», которая занималась оптикой телескопа, первой выбилась из сроков и бюджетов. Зеркало для телескопа изготовили, отполировали и нанесли на него все необходимые покрытия только к концу 1981 года. Из-за этого запуск «Хаббла» пришлось передвинуть на год вперёд. Это был первый перенос срока реализации программы.
Были и другие компоненты оптической системы, создание которых чрезмерно затянулось. Из-за этого запуск аппарата откладывали ещё несколько раз. На обеспокоенные запросы из Конгресса, учёные отвечали что-то вроде: «Полетим в сентябре 1986-го, твёрдо и чётко. Кстати, дайте ещё денег». А деньги нужны были отчаянно. К тому времени бюджет производства телескопа и сопутствующих агрегатов превысил 1 млрд долларов вместо запланированных 36 млн.
Как было сказано выше, к телескопу прилагался космический аппарат-носитель. Его создание доверили корпорации Lockheed. Носитель должен был обеспечивать высокотехнологичной начинке определённый температурный режим и не препятствовать ориентированию телескопа. Сотрудники корпорации Lockheed отстали от графика на три месяца и превысили изначальный бюджет на 30%.
Были ещё и административные аспекты, но тут всё прошло гладко. Астрономы и учёные из NASA некоторое время спорили, кто будет управлять «Хабблом». В итоге договорились до совместного менеджмента. Для этого организовали Научный институт космического телескопа, которым совместно руководит NASA с одной стороны и представители американского и европейского научного сообщества с другой.
28 января 1986 года, на семьдесят третьей секунде полёта, взорвался шаттл «Челленджер». Все члены экипажа погибли. NASA принимает решение временно заморозить программу «Спейс шаттл» и выяснить точные причины гибели челнока, чтобы избежать подобных трагедий в будущем. Запуск «Хаббла», который должен был лететь на шаттле, опять отложили.
К тому времени телескоп и носитель были готовы. Их хранили в особых условиях, в помещении с очищенным воздухом и с частично включёнными системами. Обходилось такое хранение в 6 млн долларов ежемесячно. Срок хранения составил четыре года.
Учёные воспользовались переносом старта для усовершенствования телескопа. Спокойно дописали программное обеспечение для бортовых компьютеров, поставили новые эффективные солнечные батареи, улучшили систему связи и доработали защитный кожух.
В 1990 году, спустя 12 лет после официального начала программы, шаттл «Дискавери» вывели космический телескоп «Хаббл» на орбиту. К тому моменту бюджет проекта разросся до 2.5 млрд долларов вместо изначально одобренных 36 млн.
Первую неделю учёные праздновали успех, получали первые снимки, готовились к потрясающим воображение научным открытиям. Но вдруг обнаружили страшное: резкость снимков «Хаббла» оказалась гораздо ниже заявленной. Полученные снимки тщательно проанализировали и пришли к выводу, что проблема в зеркале телескопа. Его края оказались слишком плоскими из-за чего возник эффект сферической аберрации. То есть, свет отражённый зеркалом фокусировался не там, где это задумали учёные. Назревал грандиозный скандал.
Человеческий фактор
Шлифовка зеркал для телескопа — сложный процесс, который требует невероятной точности от исполнителя. Точность эту обеспечивают нуль-корректоры — оптические приборы, которые проверяют как зеркало отражает и фокусирует попавшие на него лучи.
Теперь, когда вы это узнали, самое время мысленно вернуться в начало 1980-х в производственные цеха компании «Перкин-Элмер», где изготовили зеркало телескопа «Хаббл» и чуть не похоронили 12 лет работы и 2.5 млрд долларов. Виной тому стал один неаккуратный рабочий, которому доверили сборку главного нуль-корректора.
По основной версии событий, он перепутал показания лазерного измерителя и неправильно разместил полевую линзу контролирующего устройства. Его даже не смутило наличие зазора между линзой и основной конструкцией нуль-корректора. Зазора солидного для космических технологий: 1.3 миллиметра. Чтобы линза не болталась, техник забил в зазор металлическую шайбу и сдал устройство в эксплуатацию.
Опираясь на неверные данные нуль-корректора, зеркало «Хаббла» отшлифовали таким образом, что его края получились на 2 микрометра тоньше запланированной величины. Этого хватило для расфокусировки телескопа и катастрофической потери резкости.
Интересный факт, зеркало, в процессе шлифовки, проверяли тремя нуль-корректорами. Шлифовщики видели разницу показаний, но считали, что главный нуль-корректор ошибаться не может, поэтому показания вспомогательных приборов не учитывали.
Когда выяснили, кто виноват, пришло время решать, что делать. У научных сотрудников было запасное зеркало, но заменить его на орбите невозможно. Аппарат надо спустить на Землю, заменить зеркало в особых условиях и затем отправить обратно на орбиту. NASA прикинуло расходы и сказало что-то вроде: «Денег нет, дорогие учёные, но вы пока держитесь. Хорошего настроения вам и всего доброго».
В ответ учёные почесали головы, протёрли тряпочкой очки и… Да, именно очки стали ответом на поставленный вопрос. Если мы не можем заменить хрусталик космического глаза, то почему бы нам не надеть на него очки?
Космические очки назвали красиво: COSTAR или система оптической коррекции. Разработку доверили компании Ball Aerospace & Technologies и она не подвела. 2 декабря 1993 года шаттл «Эндевор» STS-61 стартовал из КЦ Кеннеди с первой экспедицией по техобслуживанию «Хаббла». Экспедиция продлилась одиннадцать суток. За это время астронавты заменили несколько камер, солнечные батареи, несколько гироскопов, откорректировали орбиту телескопа. И, конечно же, надели на телескоп привезённые с собой очки. Правда для этого пришлось демонтировать высокоскоростной фотометр, иначе COSTAR не помещался на борту аппарата.
Орбитальный телескоп «Хаббл» находится на орбите уже 33 года. За это время он передал на Землю почти сто терабайт данных: миллионы снимков небесных объектов и материалы для тысяч научных статей. В 2018, 2019 и в 2021 годах на телескопе происходили серьёзные аварии, но каждый раз сотрудникам NASA удавалось вернуть его в строй.
Что же касается очков, то их сняли в 2009 году. В рамках четвёртой экспедиции по техобслуживанию телескопа, астронавты установили новые камеры, которые автоматически корректируют аберрацию, и демонтировали COSTAR за ненадобностью.
