Орбитальный телескоп «Хаббл» запустили ещё в 1990 году, но он до сих пор служит науке, отправляя на Землю огромное количество важных данных. Несмотря на то, что проектировался он свыше 30 лет назад, аппарат является очень сложным устройством. Работает он отлично, но время от времени случаются неполадки.

Самая известная из них возникла в начале «научной карьеры» телескопа. Сегодня поговорим об этой и других проблемах а также способах их решения. Ну и, конечно, не забудем обсудить текущее состояние аппарата.

Что случилось 30 лет назад?

4 декабря далёкого уже 1993 года NASA начала реализацию миссии по фактически спасению телескопа. После вывода аппарата на расчётную орбиту и его запуска оказалось, что снимки, которые делает «Хаббл», имеют более низкое разрешение, чем должны, показатели далеки от расчётных.

Причина — сферическая аберрация, вызванная ошибкой в изготовлении первичного зеркала. Ошибка была не столь уж значительной, отклонение при формировании зеркала составило всего два микрона. Но этого оказалось достаточно для значительного ухудшения характеристик.

Расследование показало, что ошибка стала возможной из-за целой цепочки событий. Первая из них — сборка прибора, контролирующего параметры зеркала. Техник, который собирал этот детектор, допустил просчёт, так что устройство показывало нормальный процесс формирования зеркала.

При этом два других прибора ошибку определили и сообщали о ней. Тем не менее компания Perkin-Elmer, которая должна была изготовить зеркало, положилась на показания основного детектора.

Проблема оказалась очень серьёзной. Без коррекции ошибки телескоп мог бы работать и дальше, но пользы для науки было бы в разы меньше — овчинка в этом случае точно не стоила выделки. Поэтому в NASA решили рассмотреть несколько вариантов выхода из ситуации:

• Вернуть телескоп на Землю, починить, а потом снова запустить. Это самый дорогой проект, да и рисков много — ведь нужно разобрать аппарат, доставить на поверхность, починить, а затем отправить обратно. Стоимость такой операции вполне могла быть близка к цене изготовления телескопа

• Снизить чувствительность «Хаббла», т. е. посылать на камеры лишь свет, который отражён только от центральной части зеркала правильной формы. Затем снимки планировалось подправлять на компьютере. Самый недорогой способ решения проблемы, но тогда терялось бы до 80% света, уловленного телескопом

• Откорректировать зеркало прямо на орбите. Самый неочевидный способ, который и был в итоге выбран. Дело в том, что инженеры смогли спроектировать специальную насадку, что-то вроде очков для аппарата, которая исправляла бы искажения главного зеркала

Корректирующий модуль получил название COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). Это целая система зеркал, которые позволяли изменить фокусировку отражённого от главного зеркала света. Стоимость ремонта обошлась в несколько десятков миллионов долларов при том, что сам телескоп уже и так к моменту запуска стоил дороже заложенной в проект суммы.

В конечном итоге эти «очки» изготовили, и NASA запустило специальную «ремонтную» экспедицию. Её члены должны были не только установить корректирующую насадку, но и выполнить ещё несколько видов работ:

• обновить систему движения солнечными батареями

• поставить четыре гироскопа

• модернизировать электронную начинку телескопа

• заменить сами солнечные батареи, причём уже на орбите выяснилось, что одна из «родных» сломана

Всё это и было в итоге сделано в ходе пяти выходов астронавтов в космос.

Кстати, миссий по техническому обслуживанию телескопа было четыре. Выше мы говорили о первой из них. Что касается трёх остальных, то давайте вспомним и о них.

Второе техобслуживание было произведено 11–21 февраля 1997 года в рамках миссии «Дискавери» STS-82. Спектрограф Годдарда и Спектрограф тусклых объектов были заменены на Регистрирующий спектрограф космического телескопа (англ. Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) и Камеру и многообъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, NICMOS). Был также заменён бортовой регистратор, произведён ремонт теплоизоляции и выполнена коррекция орбиты.

Экспедиция 3A («Дискавери» STS-103) состоялась 19–27 декабря 1999 года, после того, как было принято решение о досрочном проведении части работ по программе третьего сервисного обслуживания. Это было вызвано тем, что три из шести гироскопов системы наведения вышли из строя. Четвёртый гироскоп отказал за несколько недель до полёта, сделав телескоп непригодным для наблюдений. Экспедиция заменила все шесть гироскопов, датчик точного наведения и бортовой компьютер. Новый блок использовал процессор Intel 80486 в специальном исполнении — с повышенной устойчивостью к радиации. Это позволило производить часть вычислений, выполнявшихся ранее на Земле, при помощи бортового комплекса.

Экспедиция 3B (четвёртая миссия) проведена 1–12 марта 2002 года в ходе полёта «Колумбии» STS-109. В ходе экспедиции Камера съёмки тусклых объектов была заменена на Усовершенствованную обзорную камеру (англ. Advanced Camera for Surveys) (ACS). Восстановлено функционирование инструмента NICMOS (Камера ближнего инфракрасного диапазона и Многообъектный спектрометр), в системе охлаждения которого в 1999 году закончился жидкий азот, — система охлаждения заменена на холодильную установку с замкнутым контуром, работающую по обратному циклу Брайтона.

Пятое и последнее техобслуживание (SM4) было произведено 11–24 мая 2009 года в рамках миссии «Атлантис» STS-125. Ремонт включал замену одного из трёх датчиков точного наведения, всех гироскопов, установку новых аккумуляторов, блока форматирования данных и починку теплоизоляции. Также была восстановлена работоспособность усовершенствованной обзорной камеры и регистрирующего спектрографа, и были установлены новые приборы.

Но и это не всё — проблем было больше

Да, самую серьёзную поломку астронавты исправили, но телескоп и отдельные его узлы отказывали и позже. Причём часть поломок ликвидировали участники миссий по техобслуживанию, а какие-то возникли уже позже, так что решать проблемы пришлось по мере их поступления. Вот хронология событий.

2004 год. Отказ прибора STIS, его установили в 1997 году во время второй сервисной миссии. STIS разделяет свет на составляющие согласно длине волны. С его помощью учёные, к примеру, смогли изучить движение газа в аккреционном диске чёрной дыры. Отремонтировать блок удалось лишь в 2009 году в ходе последней сервисной миссии. Для починки астронавты заменили вышедшую из строя печатную плату низковольтного источника питания.

2007 год. Поломка камеры  ACS (Advanced Camera for Surveys). Снова неполадки в электронике. Но в том же 2009 году астронавты отремонтировали ACS. Правда, пришлось пожертвовать каналом высокого разрешения. Он отвечал за блокирование света выбранной звезды и поиск слабосветящихся объектов в её окрестностях.

2018 год. В октябре телескоп перешёл в безопасный режим после выхода из строя одного из
гироскопов-маховиков. По прошествии примерно трёх недель команда миссии смогла
устранить неисправность гироскопа и вернуть космический аппарат в строй.

2019 год. Отключение камеры WFC 3 (Wide Field Camera 3), одного из основных рабочих инструментов телескопа. Оказалось, что причина поломки была в неверной работе блоков питания камеры. Всё это удалось решить после перезапуска телеметрических систем и связанных с ними модулей.

2021 год. В июне вышел из строя один из бортовых компьютеров. Эта неисправность остановила наблюдения примерно на месяц. После этого «Хаббл» пришлось переключить на работу с резервным блоком.

2023 год. 19 ноября один из трёх гироскопов знаменитой орбитальной обсерватории начал выдавать неверные показания. Неправильные данные гироскопа могут сильно повлиять на научные измерения, поэтому в случае сбоя телескоп переводится в безопасный режим. Но в итоге проблему удалось решить удалённо, и «Хаббл» снова начал работу. Правда, сделать это получилось лишь к 8 декабря.

Что дальше?

На текущий момент, по оценке команды телескопа, «Хаббл» находится в хорошем состоянии, несмотря на то, что работает он уже 33 года. В 2021-м запланированный срок его эксплуатации был продлён до 2026-го. И уже сейчас специалисты обсуждают повышение потолка времени службы ещё на несколько лет. Так что ветеран астрономии, скорее всего, и дальше будет оставаться в строю.