Deze week vijfentwintig jaar geleden, NASA hield zijn adem in toen zeven astronauten op spaceshuttle Endeavour de Hubble-ruimtetelescoop 353 mijl (568 kilometer) boven de aarde inhaalden. Hun missie:een verwoestende fout in de hoofdspiegel van de telescoop repareren.

Ongeveer zo groot als een schoolbus, de Hubble-ruimtetelescoop heeft een primaire spiegel van 2,4 meter (8 voet). De grootste optische telescoop ooit in de ruimte gelanceerd, waar het het universum kon observeren, vrij van de verstorende effecten van de atmosfeer van de aarde, Hubble had er veel op gereden. Maar nadat de eerste beelden waren verkregen en zorgvuldig geanalyseerd na de plaatsing van de telescoop op 25 april, 1990, het was duidelijk dat er iets mis was:de beelden waren wazig.

Astronomen en ingenieurs verzamelden zich om verschillende oplossingen voor het probleem te bestuderen, en NASA riepen een onafhankelijke commissie bijeen om de bron te vinden. Ze kwamen allemaal tot dezelfde conclusie:Hubble's primaire spiegel, die eruitziet als een zeer ondiepe kom, in de verkeerde vorm was gepolijst. De fout was kleiner dan de breedte van een mensenhaar, maar het effect was aanzienlijk. Als de fout niet werd gecorrigeerd, Hubble zou nooit zijn volledige potentieel bereiken.

Tijdens de week van 6 december, 1993, de astronautenbemanning installeerde twee stukken hardware die bedoeld waren om de fout te herstellen. De Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) is ontworpen en gebouwd door een team van NASA's Goddard Spaceflight Center in Greenbelt, Maryland, en zou de spiegelfout in drie van de vijf instrumenten op Hubble corrigeren.

Het tweede instrument was de Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), ontworpen en gebouwd in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië. WFPC2, die eigenlijk vier camera's bevat, veel van Hubble's adembenemende beelden zou gaan produceren, helpen onze kijk op de kosmos te transformeren.

De grootte van een babyvleugel, het instrument bracht objecten en gebeurtenissen in beeld die plaatsvonden in ons eigen zonnestelsel - zoals de crash van komeet Shoemaker-Levy 9 in Jupiter - tot de meest verre kosmologische beelden die ooit in zichtbaar licht waren genomen. Het genereerde adembenemende snapshots van sterrenstelsels, ontplofte sterren en nevels waar nieuwe sterren worden geboren. Tijdens de looptijd van het instrument, Hubble-managers richtten de telescoop op een enkele, meer dan een week lang een zwart stuk lucht en vond duizenden voorheen onzichtbare sterrenstelsels.

Maar het succes van WFPC2 was verre van gegarandeerd. Het instrument is gebouwd op een ongelooflijk strakke tijdlijn, en het ontwerpen om de fout te corrigeren was iets van JPL's John Trauger, hoofdonderzoeker voor WFPC2, zou later beschrijven als verwant aan "proberen te honkballen op de zijkant van een heuvel."

"Er is veel druk als je een ruimte-instrument bouwt, zelfs onder normale omstandigheden, " zei Dave Gallagher, JPL's associate director voor strategische integratie, die diende als integratie- en testmanager voor WFPC2. "Maar als je iets repareert dat in wezen de reputatie van het hele bureau zal maken of breken, de druk gaat door het dak."

Een spiegelbeeld

In juni 1990, NASA heeft aangekondigd dat de Hubble-telescoop niet werkte zoals verwacht. WFPC2-teamleden zeggen dat ze zich herinneren dat de reactie van het publiek en de media vaak pessimistisch of zelfs ongelovig was. Trauger zag netwerknieuwsanker Tom Brokaw die avond zijn programma beginnen door te zeggen:"De Hubble-telescoop waar je zoveel over hebt gehoord - hij is kapot."

"De belofte van het Hubble-programma, de toepassing van onze beste technologie om de grenzen van de astronomie te verleggen, was in de publieke belangstelling in een oogwenk getransformeerd tot een icoon van technisch falen, Trauger schreef in 2007 in een essay.

Trauger bracht zijn team samen om het probleem op te lossen. De primaire en secundaire spiegels van de telescoop verzamelden licht en voerden het naar de vijf wetenschappelijke instrumenten aan boord. De primaire spiegel kon niet worden vervangen en kon niet worden teruggestuurd naar de aarde voor reparaties. Voor elk instrument van Hubble zou een oplossing moeten worden gevonden. Het COSTAR-apparaat leverde corrigerende optica voor drie van hen, het elimineren van de noodzaak om deze instrumenten volledig te vervangen. Maar dezelfde aanpak zou niet werken voor de Wide Field and Planetary Camera (WFPC) van de telescoop, de voorloper van WFPC2.

Trauger en zijn team kwamen met een mogelijke oplossing. De primaire spiegelfout zorgde ervoor dat licht dat op verschillende delen van de spiegel viel op verschillende locaties in focus kwam, dus het team moest uitzoeken hoe het naar het juiste brandpunt kon worden omgeleid. Hun oplossing was om het probleem te reverse-engineeren:ze zouden vier identieke spiegels ter grootte van nikkel in het instrument plaatsen - één voor elk van de vier camera's in WFPC2 - met dezelfde fout als de defecte primaire spiegel, maar waar de hoofdspiegel te plat was, de nieuwe spiegels zouden te diep gebogen zijn. Samen, deze twee fouten zouden elkaar opheffen, het equivalent van een enkele spiegel met de juiste vorm produceren.

NASA accepteerde het voorstel van JPL om een ​​WFPC-vervanging te bouwen. Het bureau was van plan om de drie jaar Hubble-reparatiemissies uit te voeren en besloot dit schema te handhaven. De eerste reparatiemissie was gepland voor de herfst van 1993. JPL zou de vervanging voor de winter van 1992 moeten leveren, iets meer dan 2 jaar verwijderd. De race om Hubble te repareren was begonnen.

Onder druk

Twee jaar was lang niet genoeg om een ​​nieuw camera-instrument helemaal opnieuw te bouwen. Dankbaar, WFPC2 was al in aanbouw bij JPL; NASA was van plan het uiteindelijk te gebruiken als een upgrade voor WFPC of als vervanging als het instrument ooit zou falen.

Zelfs met het werk aan WFPC2 dat al aan de gang is, de deadline vereiste een versnelde planning. Dave Rodgers en Larry Simmons, de WFPC2-projectmanagers, hield dagelijkse vergaderingen met de leiders van elk van de verschillende componenten van WFPC2 om te helpen op schema te blijven.

"De dagelijkse vergaderingen hielden ons allemaal onder druk, altijd, " zei Simmons, die in 2005 met pensioen ging bij JPL. "We wisten dat we maar een paar jaar hadden, en we moesten het voor elkaar krijgen."

Hoewel de corrigerende spiegels klein waren, ze beïnvloedden bijna elke stap van het bouwproces en creëerden "een eindeloze reeks nieuwe problemen, ’, aldus Trager.

Om de kans op fouten tijdens de installatie van WFPC2 in een lage baan om de aarde te minimaliseren, de zeven astronauten die gepland waren om de reparatiemissie uit te voeren, reisden naar JPL om meer te weten te komen over het instrument en om te worden getraind in het installeren ervan. Ze zouden WFPC2 in een holte in het lichaam van de telescoop steken, alsof je het in een lade schuift. En hoewel ze ervoor moesten zorgen dat de elektrische aansluitingen aan de achterkant van het instrument goed vast zaten, ze konden die connecties niet bereiken; ze konden alleen bepalen hoe ze het instrument inbrachten.

Wat de zaken nog ingewikkelder maakte, was het gewicht van WFPC2:met meer dan 600 pond (272 kilogram), het was onpraktisch, zelfs in de microzwaartekracht van een lage baan om de aarde. Een van de spiegels van het instrument, riep de pick-off spiegel, werd gemonteerd op een korte arm die zich buiten de beschermende behuizing bevond. Alleen maar tegen de spiegel stoten zou het systeem niet goed uitlijnen en in wezen het hele instrument verpesten. Tijdens de bouw van WFPC2 Trauger en collega's toonden een model van het instrument aan een astronaut, die tegen de pick-off spiegel stootte. Trauger kon het niet helpen, maar vroeg zich af, "Is dit een voorteken?"

Tijd om te vliegen

De leiders van het WFPC2-team reisden naar NASA's Kennedy Space Center in Florida voor de lancering in de vroege ochtend op 2 december. 1993. Na het verlaten van Kennedy en op zoek naar een vroeg ontbijt, Gallagher herinnert zich dat hij omhoog keek naar de ochtendhemel om de spaceshuttle boven zijn hoofd te zien vliegen en Hubble naderen; de objecten verschenen als twee vage lichtpunten aan de hemel terwijl ze om de aarde draaiden.

Op de zesde dag van de missie, astronauten Jeffrey Hoffman en Story Musgrave voerden een ruimtewandeling uit om WFPC van Hubble te verwijderen en WFPC2 te installeren. Alles leek te gaan zoals gepland, maar de echte test moest nog komen.

De astronauten keerden op 13 december terug naar de aarde, en de eerste onbewerkte gegevens van WFPC2 kwamen terug op 18 december. Het team voerde de gegevens door de beeldverwerkingssoftware en keek angstig toe terwijl de foto's over het scherm begonnen te ratelen. Er was meteen verlichting.

"Ze waren scherp, Trauger zei over de beelden. "En het was niet alleen dat we foto's hadden die er geweldig uitzagen, het was dat we meteen nieuwe ontdekkingen deden. Er waren dingen in de beelden die we nog nooit eerder hadden gezien."

NASA heeft die eerste afbeeldingen op 13 januari vrijgegeven aan het publiek, 1994. De volgende dag, het WFPC2-team presenteerde de resultaten aan een overvol publiek tijdens de winterbijeenkomst van de American Astronomical Society.

"Toen we de eerste beelden lieten zien, de kamer barstte uit; we kregen een staande ovatie, ' zei Trauger. 'Dat zie je normaal niet op een astronomiebijeenkomst!'

Het WFPC2-instrument werkte meer dan 15 jaar op Hubble en duurde meer dan 135, 000 waarnemingen van het heelal. Meer dan 3, Op basis van die gegevens werden 500 wetenschappelijke artikelen geschreven voordat het instrument in 2009 met pensioen ging. en meer dan 2, Sindsdien zijn er nog 000 meer gepubliceerd.

"WFPC2 is niet door magie of geluk gelukt; het is gelukt omdat we een competente en hardwerkende groep mensen hadden die begrepen wat er op het spel stond en de uitdaging aangingen, " zei Gallagher. "En net als bij elk project, Ik wou dat ik dat team mee had kunnen nemen naar de volgende missie."

In mei 2009 astronauten verwijderden WFPC2 van Hubble en vervingen het door de Wide Field Camera 3 (WFC3), die vandaag de dag nog steeds werkt - 28 jaar nadat Hubble voor het eerst werd ingeschakeld. WFPC2 werd later tentoongesteld in het Smithsonian Air and Space Museum in Washington, gelijkstroom