science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe het repareren van het Hubble-ruimtevaartuig werkt

Een weergave van het Hubble-ruimtevaartuig terwijl het om de aarde draait. Bekijk meer foto's van de Hubble-ruimtetelescoop. Met dank aan NASA

Het Hubble-ruimtevaartuig, ook bekend als de Hubble-ruimtetelescoop of gewoon de Hubble, gelanceerd in 1990 en stuurt ons sindsdien geweldige foto's van verre sterrenstelsels. Maar de reis van de Hubble verliep niet soepel. In feite, er waren vanaf het begin problemen met de Hubble. Als resultaat, een deel van de geschiedenis van de Hubble is een reeks NASA-missies die zijn ontworpen om de telescoop te repareren. De laatste reparatiemissie zal ook de laatste van de Hubble zijn - NASA is van plan de Hubble in 2013 te vervangen door een nieuwe ruimtetelescoop.

Hubble Space Telescope-afbeeldingengalerij

Waarom zou je in de eerste plaats een ruimtetelescoop gebruiken als we hier op aarde enorme telescopen hebben? Ruimtetelescopen kunnen scherpstellen op objecten die zwakker en verder weg zijn dan terrestrische telescopen. Het heeft allemaal te maken met de atmosfeer van de aarde. Deeltjes in de lucht absorberen, licht breken en weerkaatsen. Warme lucht stijgt op en koude lucht daalt, die ook licht kan vervormen. In de ruimte, er is geen interferentie omdat er geen atmosfeer is. Telescopen in de ruimte kunnen veel scherpere beelden verzamelen dan degene die we hier op de grond hebben.

Maar een ruimtetelescoop is alleen nauwkeuriger dan aardse telescopen als hij goed is ontworpen. Ongeveer een maand nadat NASA de Hubble lanceerde, de organisatie ontdekte dat de telescoop waar ze acht jaar aan werkten een fundamentele fout had. Een spiegel die was ontworpen om licht in de sensoren van de telescoop te reflecteren, had niet de juiste vorm. De fabrikant van de spiegel had een fout gemaakt bij het bouwen ervan. Als resultaat, de beelden die de Hubble naar NASA stuurde, waren onscherp en wazig.

NASA plande al snel een reparatiemissie, die in 1993 werd gelanceerd. NASA stuurde astronauten in de spaceshuttle Endeavour om de telescoop handmatig te repareren. Vijf ruimtewandelingen later, de astronauten voltooiden de reparaties. Ze installeerden een apparaat met 10 kleine spiegels dat het licht van de primaire spiegel onderschepte en het pad naar de sensoren corrigeerde. Daarna, de Hubble begon enkele van de meest verbazingwekkende beelden van de ruimte te maken die we tot nu toe hebben gezien.

Met dank aan STScI en NASA

Maar de Hubble heeft opnieuw reparaties nodig. In tegenstelling tot het probleem met de spiegel, deze reparaties omvatten meerdere systemen en zijn veel gecompliceerder. Voor een poosje, NASA overwoog de Hubble volledig te verlaten in plaats van te investeren in een andere reparatiemissie. Uiteindelijk veranderde de organisatie van koers, en nu heeft het een nieuwe reparatiemissie gepland. We zullen kijken wat er precies met de Hubble is gebeurd waardoor reparaties nodig waren, waarom NASA bijna besloot de telescoop op te geven en wat de toekomst voor dit apparaat in petto heeft.

Dus wat is er precies mis met de Hubble? We zullen ons concentreren op het probleem in de volgende sectie.

Inhoud
  1. Wat is er mis met de Hubble?
  2. Wat waren de opties van NASA?
  3. De reparatie missie
  4. De toekomst voor Hubble

Wat is er mis met de Hubble?

Een opname van Jupiter gemaakt door de Hubble-telescoop Met dank aan STScI en NASA

Zoals alle apparaten, de Hubble-telescoop is kwetsbaar voor slijtage. Soms faalt een klein systeem, of een batterij sterft. Andere keren, een kritischer systeem begint te slijten. Omdat de Hubble zowel een telescoop als een ruimtevaartuig is, het heeft verschillende gecompliceerde systemen die de functionaliteit van de telescoop zouden kunnen verlammen als ze zouden falen.

Met dat in gedachten, NASA heeft regelmatige onderhouds- en reparatiemissies gepland om de Hubble sinds de lancering in goede staat te houden. Naast de missie in 1993 om het correctionele apparaat te installeren om het spiegelprobleem aan te pakken, NASA heeft nog drie missies gepland om de telescoop te upgraden en te onderhouden. Die missies vonden plaats in 1997, 1999 en 2002 [bron:NASA].

Op 1 februari 2003, de spaceshuttle Columbia brak bij terugkeer uit elkaar. Alle zeven leden van de bemanning van de shuttle kwamen om bij het ongeval. NASA werd het onderwerp van enorme druk en nauwkeurig onderzoek. Het bureau besloot het spaceshuttle-programma aan de grond te houden en een volledig onderzoek uit te voeren om te bepalen of bemande ruimtevluchten de risico's waard waren. Als resultaat, NASA annuleerde een geplande onderhoudsmissie van Hubble.

In 2004, De Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) werkte niet goed toen de stroomvoorziening uitviel. Spectrografen scheiden licht in zijn samenstellende golflengten, die we als kleuren waarnemen. Door de verschillende golflengten van licht te analyseren, astronomen kunnen veel leren over de kosmische lichamen die ze observeren. Gewoon door lichtgolflengten te bestuderen, wetenschappers kunnen de chemische samenstelling van een object bepalen, temperatuur en dichtheid, onder andere eigenschappen. De STIS van de Hubble speelde een belangrijke rol bij het opsporen van zwarte gaten, en is een cruciaal onderdeel van de Hubble. Momenteel, de soa staat in "veilige modus, " wat betekent dat het niet is ingeschakeld, maar het kan nog steeds functioneren als NASA de voeding vervangt.

De Hubble-telescoop heeft veel ongelooflijke foto's gemaakt, waaronder deze foto van de Krabnevel, gegenereerd op basis van optische en röntgenfoto's. Met dank aan STScI en NASA

In 2007, de Hubble's Advanced Camera for Surveys (ACS) had een gedeeltelijke storing. De ACS heeft drie camera's en heeft enkele van de meest indrukwekkende beelden van objecten in de verre ruimte gemaakt. Een elektrische kortsluiting heeft twee van de drie camera's uitgeschakeld. Elke camera vervult een andere functie. De zonneblind camera maakt beelden van objecten die ultraviolette golflengten uitzenden. Het is de enige camera in de ACS die nog functioneert. De twee ter ziele gegane camera's bevatten een groothoekcamera en een camera met hoge resolutie .

Terwijl NASA in de zomer van 2005 het spaceshuttleprogramma hervatte, er waren geen plannen om de Hubble te repareren of te upgraden. Toen systemen problemen begonnen te ondervinden, NASA debatteerde over de verdiensten van een reparatiemissie. Zouden de voordelen van het repareren van de Hubble opwegen tegen het risico en de kosten van een bemande missie? Was er een andere manier om de telescoop te repareren zonder mensen aan gevaar bloot te stellen? Was het logischer om de Hubble te laten verslechteren en uiteindelijk uit een baan om de aarde te laten vallen?

Dit zijn geen gemakkelijke vragen om te beantwoorden. De vraag naar het soort informatie en afbeeldingen dat de Hubble zou kunnen verzamelen, reikt tot ver buiten de deuren van NASA. Wetenschappelijke laboratoria over de hele wereld zijn afhankelijk van die gegevens.

Welke opties had NASA? Blijf lezen om erachter te komen.

Wat waren de opties van NASA?

Met dank aan STScI en NASA

NASA's eerste optie was om helemaal niets te doen. De Hubble behoudt zijn oriëntatie met behulp van een complex navigatiesysteem. Dit systeem is op zijn beurt gebaseerd op zes gyroscopen , die de Hubble helpen zijn oriëntatie ten opzichte van de aarde te behouden. Zonder goed onderhoud, de gyroscopen zouden kunnen falen. Na zo'n mislukking, NASA zou Hubble niet in de juiste richting kunnen sturen om gegevens en afbeeldingen te verzamelen.

De batterijen van de Hubble beginnen ook leeg te raken. Als ze niet worden vervangen, de Hubble zal kracht verliezen en niet meer functioneren. Als NASA ervoor koos niet op te treden, de Hubble zou waarschijnlijk vóór 2009 falen. NASA zou niet in staat zijn om het soort informatie en afbeeldingen te verzamelen dat de Hubble moest verzamelen totdat een vervangende telescoop zou kunnen worden gelanceerd - iets dat pas in 2013 zal gebeuren.

Eventueel, de dode telescoop zou baanverval ondergaan. Dat betekent dat de zwaartekracht van de aarde de telescoop geleidelijk dichter bij de planeet zou trekken. Alleen gelaten, de telescoop zou terugkeren in de atmosfeer van de aarde en neerstorten op de aarde. NASA zou dat waarschijnlijk niet alleen laten gebeuren - het zou te gevaarlijk zijn zonder te weten waar de telescoop zou landen. In plaats daarvan, NASA zou waarschijnlijk een missie sturen, bemand of onbemand, om de telescoop veilig op te halen of in een onbewoond gebied te laten crashen, zoals een oceaan. NASA overwoog om de Hubble gewoon te laten sterven, maar een enthousiast protest van de wetenschappelijke gemeenschap deed NASA-functionarissen heroverwegen.

De volgende optie was om een ​​bemande ruimtemissie te sturen en astronauten te gebruiken om handmatig te vervangen, upgrade en repareer de Hubble-systemen. Na de ramp in Colombia, NASA was terughoudend om het leven van astronauten op het gebied van Hubble-reparatiewerkzaamheden te riskeren. Zelfs toen het spaceshuttleprogramma in 2005 weer van start ging, astronauten werden alleen naar het internationale ruimtestation gestuurd. Dat komt omdat de astronauten in het station konden schuilen als er iets mis zou gaan met de shuttle. Daar konden ze op redding wachten.

De Hubble-telescoop beschikt niet over de faciliteiten of apparatuur die nodig zijn om een ​​shuttlebemanning in leven en veilig te houden. De telescoop is ook te ver verwijderd van het ruimtestation voor een shuttle om naar de telescoop te reizen, manoeuvreer dan naar het ruimtestation. Als er iets mis is gegaan, de astronauten op de missie zouden in ernstig gevaar worden gebracht. Voor een paar jaar, NASA was niet bereid om een ​​bemande missie te steunen om de telescoop te repareren.

Met dank aan STScI en NASA

De derde optie was om een ​​robot naar de Hubble-telescoop te sturen om reparaties uit te voeren. NASA begon deze optie in 2004 te onderzoeken. Een robot zou NASA in staat stellen reparaties en upgrades uit te voeren zonder mensenlevens in gevaar te brengen. Maar er was ook een keerzijde aan het gebruik van een robot. Robots zijn extreem duur om te ontwerpen, ontwikkelen en produceren. NASA moest de kosten van het ontwikkelen van een robot afwegen tegen de voordelen van het weer online hebben van de Hubble.

NASA stond voor een moeilijke beslissing. De wetenschappelijke gemeenschap pleitte namens de telescoop. Maar het risico voor mensenlevens zou altijd een factor zijn. Met dat in gedachten, NASA zette een specifieke koers uit. Waar ze terecht kwamen was een heel ander verhaal.

Wat besloot NASA te doen, en hoe zijn de plannen van de organisatie in de loop van de tijd veranderd? Ontdek het in de volgende sectie.

De reparatie missie

Met dank aan STScI en NASA

In 2004, NASA begon de mogelijkheid te onderzoeken om een ​​robot te gebruiken om de Hubble te repareren. NASA zou de robot lanceren met een raket die vergelijkbaar is met die van de Apollo-missies. Hoewel zo'n missie het leven van mensen niet in gevaar zou brengen, er waren andere overwegingen die het een moeilijke beslissing maakten. Voor een ding, ingenieurs ontwierpen de Hubble zodat mensen reparaties en upgrades konden uitvoeren, dus de robot zou het bewegingsbereik van een mens in de ruimte moeten nabootsen. Voor een ander, zo'n programma zou extreem duur zijn, waardoor het een uitdaging is om de juiste financiering aan te trekken.

NASA keek naar verschillende bedrijven en onderzoeksfaciliteiten bij het overwegen van een robotoplossing voor het Hubble-probleem. Onder de kandidaten was de Canadian Space Agency (CSA). De CSA ontwikkelde een robot die ze Dextre noemden. De robot had twee lange, multi-gewrichtsarmen die in staat waren om verschillende basistaken uit te voeren. Vroeg onderzoek was veelbelovend. Maar NASA besloot uiteindelijk om de robot niet te gebruiken. Waarom? Deels omdat sceptici geloofden dat het repareren van de Hubble te delicaat was voor een robot. Een andere grote factor was de prijs - schattingen van de kosten van een missie met Dextre varieerden tussen $ 1 en $ 2 miljard. NASA had niet genoeg geld in de begroting om een ​​dergelijke operatie te financieren.

Het leek erop dat NASA de Hubble toch zou laten sterven. Maar toen Mike Griffin in 2005 de NASA-beheerder werd, hij besloot om nog eens te kijken naar het repareren van de Hubble. Na enig nadenken, Griffin aangekondigd op 31 oktober, 2006, dat een nieuwe bemande missie naar de Hubble zou reizen om upgrades te installeren en de telescoop te repareren. De voorgestelde veranderingen zouden de levensduur van Hubble verlengen tot 2013. de James Webb-ruimtetelescoop zou online en in een baan om de aarde moeten zijn.

Met dank aan STScI en NASA

De aankondiging van Griffin betekende dat NASA het spaceshuttle-programma opnieuw onder de loep moest nemen. NASA had de reparatiemissie gepland voor de zomer van 2008. Dat werd voor het eerst teruggedrongen tot de herfst van 2008 vanwege een vertraging in de productie van de brandstoftank van de spaceshuttle [bron:New Scientist]. Verdere problemen vertraagden de lancering tot 11 mei, 2009. Nu vervoert de spaceshuttle Atlantis een bemanning van astronauten naar de Hubble. Er staat een tweede spaceshuttle klaar, het streven. Het is de taak van de bemanning van de Endeavour om als reddingsteam te dienen als er iets misgaat met de Atlantis.

Eenmaal bij de Hubble, de astronauten zullen de gyroscopen en batterijen uitschakelen, waardoor de telescoop effectief nog minstens vijf jaar operationele kracht en begeleiding krijgt. Ze zullen ook wat thermische afscherming repareren op de telescoop die is ontworpen om de elektronica van de Hubble te beschermen tegen de gevaren van de ruimte. Ze zullen de twee defecte ACS-camera's en de STIS vervangen, en ze zullen ook nieuwe apparatuur installeren die de Hubble nog meer mogelijkheden geeft. NASA verwacht dat de hele missie minstens vijf ruimtewandelingen vereist [bron:HubbleSite]. Alle reparaties en upgrades worden met de hand gedaan.

Zodra de Hubble is gerepareerd, Wat gebeurt er dan? Ontdek het in de volgende sectie.

Het laboratorium van Dextre

Hoewel Dextre het Hubble-reparatie-optreden niet kreeg, het verhaal van de robot eindigt daar niet. NASA besloot Dextre in te zetten voor een andere belangrijke missie:het repareren van het internationale ruimtestation. In maart 2008 de spaceshuttle Endeavour droeg Dextre naar het ruimtestation. Astronauten hebben de robot in de ruimte geassembleerd tijdens een reeks ruimtewandelingen.

De toekomst voor Hubble

De exotische Whirlpool Galaxy, gezien door de Hubble-telescoop Met dank aan STScI en NASA

De reparatiemissie van 2009 zal het laatste upgrade- en reparatieproject van Hubble zijn. Zodra de bemanning van de Atlantis klaar is met werken aan de Hubble, de telescoop zal doorgaan met het verzamelen van gegevens en de informatie terugsturen naar NASA. Met zijn nieuwe apparatuur, de Hubble zal verder in het universum kunnen kijken en meer informatie kunnen verzamelen over hemellichamen.

De upgrades van de Hubble omvatten een Breedveldcamera 3 ( WFC3 ) en een Cosmic Origins Spectrograaf ( COS ). De WFC3 kan beelden vastleggen met licht over een breed spectrum, van infrarood naar ultraviolet. Het zal de krachtigste camera zijn die tot nu toe op de Hubble is geïnstalleerd. De COS zal gegevens verzamelen op een manier die vergelijkbaar is met de WTI. Dus NASA zal niet alleen informatie ontvangen van de gerepareerde systemen van de Hubble, maar ook informatie van nieuwe, krachtigere componenten.

Informatie van de Hubble kan ons veel vertellen over het heelal. Wetenschappers zijn van plan de Hubble te gebruiken om onderzoek voort te zetten naar alles, van zwarte gaten tot donkere materie. Met de Hubble, kunnen we misschien meer planeten detecteren die op de onze lijken. Zonder het, we zouden enkele jaren moeten wachten voordat de vervanger het werk zou kunnen overnemen.

Ervan uitgaande dat alle stukjes en beetjes van de Hubble werken zoals ze zouden moeten, de telescoop zou tot 2013 moeten kunnen blijven functioneren. Dat is slechts een schatting -- in werkelijkheid, de telescoop zou langer kunnen functioneren dan dat. Een deel van de reparatiemissie omvat het bevestigen van een apparaat aan Hubble dat NASA zal helpen wanneer het tijd is om de telescoop uit zijn baan te halen. Dat is ruimtepraat om de telescoop op aarde te laten crashen. Zelfs als de reparatiemissie een groot succes is, de dagen van de Hubble zijn geteld.

Met dank aan STScI en NASA

Maar NASA werkt aan een andere ruimtetelescoop. Het heet de James Webb Space Telescope, ontwikkeld door Northrop Grumman Space Technology. De nieuwe telescoop zal meerdere camera's bevatten die krachtiger zijn dan die momenteel op de Hubble.

De Hubble heeft wetenschappers sinds de lancering van onschatbare waarde voorzien. Hopelijk na deze laatste reparatiemissie, dat zal nog een aantal jaren zo blijven.

Voor meer informatie over de Hubble-ruimtetelescoop en andere onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina eens nader.

Openbare vertraging

Het Space Telescope Science Institute (STScI) houdt alle afbeeldingen die door de Hubble zijn gemaakt een jaar lang voor het publiek achter voordat ze worden vrijgegeven. Waarom is dat? Het is om de verschillende onderzoeksinstellingen en universiteiten de tijd te geven die ze nodig hebben om hun onderzoeken te analyseren en te documenteren. Deze organisaties moeten ruim van tevoren tijd inplannen met de Hubble. Als de STScI eerder foto's zou vrijgeven, deze instellingen zouden moeten concurreren met andere groepen die geen tijd met de Hubble hadden gepland. Het komt allemaal neer op eerlijkheid.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
  • Hoe het Apollo-ruimtevaartuig werkte
  • Hoe zwarte gaten werken
  • Hoe werkt naar de badkamer gaan in de ruimte?
  • Hoe lang kan een mens in de ruimte overleven?
  • Hoe maanlandingen werken
  • Hoe NASA werkt
  • Hoe raketmotoren werken
  • Hoe satellieten werken
  • Hoe ruimtepakken werken
  • Hoe Space Shuttles werken
  • Hoe ruimtestations werken
  • Hoe ruimtetoerisme werkt
  • Hoe telescopen werken

Meer geweldige links

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

bronnen

  • Gitlin, Jonathan M. "Hubble wordt afgesloten." Ars technisch. 30 januari, 2007. Ontvangen op 6 mei 2008. http://arstechnica.com/journals/science.ars/2007/01/30/6808
  • Halverson, Todd. "Canadian Robot Top Choice voor Hubble Service Mission." Florida vandaag via Space.com. 11 augustus 2004. http://www.space.com/news/dextre_hubble_040811.html
  • "Hubbe." Nasa. Ontvangen 6 mei, 2008. http://pds.jpl.nasa.gov/planets/welcome/hubble.htm
  • "Hubble reparatie missie vertraagd." New Scientist Space en Reuters. 2 mei, 2008. Ontvangen op 5 mei 2008. http://space.newscientist.com/article/dn13832-hubble-repair-mission-delayed.html
  • HubbleSite http://hubblesite.org/
  • Hubble Ruimtetelescoop . (2008). Encyclopedia Britannica . Ontvangen 06 mei, 2008, van Encyclopedia Britannica Online:http://www.britannica.com/EBchecked/topic/274508/Hubble-Space-Telescope
  • Malik, Tariq. "Spacewalkers voegen toolkit toe, Camera's naar de nieuwe robot van het station." Space.com. 18 maart 2008. Ontvangen op 5 mei 2008. http://www.space.com/missionlaunches/080318-sts123-third-spacewalk-wrap.html
  • Nasa. http://www.nasa.gov