Hubblen huoltolennot

Avaruusteleskooppi Hubble vietiin sukkulalla avaruuteen vuonna 1990, mutta sen suunnittelu aloitettiin jo 70-luvun puolella samoihin aikoihin avaruussukkulan suunnittelun kanssa.

Niinpä teleskooppi suunniteltiin alusta alkaen sukkulalla kiertoradalle vietäväksi ja avaruudessa huollettavaksi – ja tälle ominaisuudelle oli käyttöä heti laukaisun jälkeen, kun kävi ilmi, että Hubblen 2,4-metrinen pääpeili oli hiottu väärin ja sen kuvan korjaamiseen tarvittiin erityisiä korjauslinssejä.

Ne asennettiin teleskooppiin ensimmäisellä huoltolennolla vuonna 1993, minkä jälkeen Hubble on tuottanut toinen toistaan upeampia kuvia avaruuden ihmeistä. 

Sen jälkeen sukkulat nousivat neljä kertaa Hubble korjaamaan ja huoltamaan. Viimeisin lento oli vuonna 2009, jolloin oli tehty jo päätös avaruussukkuloiden siirtämisestä eläkkeelle. Niinpä viimeisin lento jää viimeiseksi: lento suunniteltiin antamaan avaruusteleskoopille eväät koko loppuelämää varten, ja mikäli siihen tulee vakava vika vaikka huomenna, ei sitä kyetä enää korjaamaan. 

Mutta kuten Hubblen pitkä historia on jo osoittanut, on teleskooppi luonteeltaan sitkeä taistelija ja se on pystynyt jatkamaan mullistavia havaintojaan uskomattomienkin vikojen jälkeen.

Huoltolento 1 - joulukuu 1993

Hubblen ensimmäinen huoltolento tuli enemmän kuin tarpeeseen, sillä teleskoopin pääpeili oli kyllä hiottu erittäin tarkasti, mutta valitettavasti väärään muotoon. Peilin reuna-alueet oli hiottu hieman liian lattanaksi; tarkalleen ottaen sieltä lasia oli otettu 2,2 mikronia (eli noin 1/15 ihmisen hiuksen paksuudesta) liikaa. Tästä syystä peilin muodostama kuva oli sumuinen.

Siksi Hubblelle piti asentaa monimutkainen palloaberraation korjaava optiikka, jota kutsuttiin aikanaan mielikuvituksellisesti piilolaseiksi. Kyseessä oli oikeasti viidestä pienestä peiliparista koostunut kokonainen laitteisto, joka vei yhden Hubblen neljästä instrumenttilaatikosta. Yksittäiset peilit olivat kooltaan (ja ulkonäöltään) hammaslääkärin peilin kaltaisia, tosin erittäin huolellisesti oikeaan muotoon hiottuja. 

Tämä COSTAR-nimisen laitteiston avulla teleskoopin kolme alkuperäistä instrumenttia pystyivät tekemään jälleen normaalisti havaintoja. Neljäs laite, laajakulmakamera WFPC korvattiin uudella, paremmin unltraviolettisäteilyä havaitsevalla, minkä lisäksi siinä itsessään oli jo korjausoptiikka mukana. Jatkossa kaikki tutkimuslaitteet varustettaisiin sillä, jolloin piilolaseille ei enää olisi tarvetta – ja ajan myötä kyky tehdä korjausoptiikkaa vain parani.

Lisäksi ensimmäisellä huoltolennolla vaihdettiin teleskoopin aurinkopaneelit, niitä ohjaavaa elektroniikkaa, magnetometrit, päätietokoneen apuprosessorit, asennonsäädössä tarvittavien gyroskooppien ohjauslaitteet sekä erilasia sensoreita.

Sukkula Endeavour teki tällä STS-61 -lennolla ensimatkansa avaruuteen. Sen mukana oli seitsemän astronauttia, joiden joukossa myös Claude Nicollier, Euroopan avaruusjärjestön sveitsiläinen avaruuslentäjä., jolle matka oli toiveiden täyttymys: hän on alkuperäiseltä koulutukseltaan tähtitieteilijä.

Huoltolento 2 - helmikuu 1997

Toinen huoltolento oli itse asiassa ensimmäinen "normaali" huoltolento, koska sen aikana ei täytynyt tehdä mitään yllättävää ja kiireellistä, kuten korjausoptiikan asentamista. Sukkulana oli nyt Discovery, lennon numero STS-82 ja mukana oli seitsemän astronauttia.

Tähtitieteilijiden kannalta tärkeintä oli uuden havaintolaitteet asentaminen.  STIS, Space Telescope Imaging Spectrograph, korvasi aiemmat Hubblen spektrografit yhdellä laitteella, joka pystyi keräämään jopa 500 kertaa paremmin tietoa kuin edeltäjänsä. Erityisen kyvykkääksi STIS osoittautui supermassiivisten mustien aukkojen tutkinnassa.

Toinen spektrometri, kolmesta erillisestä kamerasta koostuva Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer eli NICMOS, oli räätälöity havaitsemaan ennen kaikkea galaksien pölyisiä keskusalueita sekä kaasusumuja, joissa syntyy tähtiä ja planeettoja.

Astronautit myös vaihtoivat Hubblelle uudet asennonsäätöilmaisimet, optiikkaa ohjaavat elektroniikkayksiköt ja vauhtipyörät, joilla teleskoopin asentoa ohjataan. Lisäksi he korvasivat alkuperäiset havaintitietoja magneettinauhoille tallentaneet muistiyksiköt uusilla, SSD-piireillä toimivilla yksiköillä.

Koska huoltotyöt sujuivat hyvin, lennon aikana ennätettiin myös tehdä monia toissijaisia huoltotoimia, joilla teleskoopin arveltiin selviävän pitkään ilman avaruuden remonttireiskojen uutta käyntiä. 

 

Huoltolento 3A - joulukuu 1999

Sukkula Discoveryn tekemä lento STS-103 oli hätäkäynti: teleskoopin asennonsäädöstä huolehtineet gyroskoopit olivat kuluneet käytössä ja alkaneet rikkoutua yksi kerrallaan. NASA päätti siten aikaistaa kolmatta huoltolentoa ja jakaa sen aikana tehtäviksi aiotut tehtävät kahteen osaan, minkä vuoksi huoltolento kolmosia on kaksi kappaletta, A ja B.

Lennosta tuli lopulta odottamattoman tarpeellinen, koska viimeinen Hubblen tuolloin toiminnassa olleista gyroskoopeista hyytyi marraskuussa 1999. Gyroskoopit, eli yksinkertaisesti vauhtipyörät, pitävät huolta teleskoopin asennonsäädöstä ja suuntauksesta, joten viimeisen gyron sanottua sopimuksensa irti ei Hubblella ei voitu tehdä havaintoja ja se asetettiin horrokseen odottamaan sukkulamiehistöä uusine gyroskooppeineen.

Kaikki kuusi gyroskooppia korvattiin uusilla ja paremmilla. Lisäksi Hubble sai uudet ja paremmat päätietokoneet sekä muistiyksiköt, tietoliikennelaitteet sekä uusia sensoreita, akkujen säätöelektroniikkaa ja eristeitä pintaansa.

 

Huoltolento 3B - maaliskuu 2002

Koska edellisellä lennolla piti keskittyä Hubblen toimintakuntoisuuden varmistamiseen, jäi uusien havaintolaitteiden asentaminen nyt alkavan lennon tehtäväksi. Lisäksi Columbia-sukkulan tekemän STS-109 -lennon seitsemän astronauttia vaihtavat Hubblen aurinkopaneelit uusiin, pienempiin, mutta tehokkaampiin, ja rakenteeltaan jäykkiin, jolloin teleskoopin ulkonäkö muuttui hieman ja vanhojen aurinkopaneelien lämpötilan muuttumisesta johtuneesta pienestä värähtelystä päästään eroon.

Huoltojoukot vaihtavat myös virranjakoyksikön ja gyroskoopit sekä tekevät useita pieniä korjauksia.

Tähtitieteellisesti kiinnostavinta huoltolennolla oli uuden instrumentin asentaminen Hubbleen. Sen tärkeimpänä havaintolaitteena oli siihen saakka ollut WFPC2 (Wide Field and Planetary Camera 2), mutta nyt sen roolin peri ACS (Advanced Camera for Surveys). Uuden laitteen kuvakenttä oli kaksi kertaa edeltäjään laajempi ja se oli kolmesta neljään kertaa nopeampi. Kamera oli myös tarkempi, joten NASAn mukaan se oli kaikkine etuineen noin kymmenen kertaa tehokkaampi havaintolaite kuin WFPC2.

Vanha kamera jäi kuitenkin paikalleen ja jatkoi vielä työtään, sillä puhelinkopin kokoinen ACS asennettiin Hubblen instrumenttiruumaan Faint Object Cameran tilalle. 

Edelleen käytössä olevassa ACS:ssä on kolme erillistä kanavaa, joiden herkkyydet ulottuvat ultraviolettivalosta infrapunaiseen (115-1050 nm). 

Sen laajakulmakanava on tarkoitettu nimensä mukaisesti laajojen alueiden kuvaamiseen ja sopii siten esimerkiksi galaksien levittäytymisen tutkimiseen. Kuvakentän koko on 200 x 204 kaarisekuntia, jota se havaitsee kooltaan 4096 x 4096 pikseliä olevalla nelikennoisella CCD-kameralla. Kanava on herkimmillään punaisen valon kohdalla, jotta se voisi havaita parhaiten juuri vanhoja ja kaukaisia kohteita.

Korkearesoluutiokanava kuvaa yksityiskohtia. Sen kennon koko on 1024 x 1024 pikseliä, mutta kuvan koko vain 26 x 29 kaarisekuntia. Kanava kykenee havaitsemaan valon polarisaatiota. Siinä on lisäksi koronagrafi, jonka avulla lähellä olevat kirkkaammat kohteen voidaan peittää, jolloin ne eivät häiritse valollaan kuvausta. 

Auringolle sokea kanava on räätälöity kaasujen ja molekyylien etsimiseen. Sen nimi tulee siitä, että kamera on sokea Auringon tyypillisesti lähettämän valon taajuuksille ja näkee lähinnä ultraviolettivalon alueella. Niinpä kamera kykenee tekemään kiinnostavia havaintoja paitsi kuumista tähdistä ja kvasaareista, niin myös oman aurinkokuntamme planeettojen säätilasta sekä revontulista. Kameran kuvakentän koko on 35 x 31 kaarisekuntia ja kenno jakaa kuvan 1024 x 1024 pikseliin.

Toinen havaintolaitteisiin liittyvä uudistus on NICMOS-instrumentille asennettu mekaaninen jäähdytyslaite; NICMOSin kameran pitää olla hyvin kylmä, noin 272 pakkasasteeseen jäähdytettynä, jotta se toimii hyvin. Siksi laite oli pakattu termospullon kaltaiseen nestemäisellä typellä täytettyyn säiliöön, jonka typenkulutus oli kuitenkin arvioitua suurempi. Laitteen käyttöikä muodostui siten paljon laskettua lyhyemmäksi ja se on ollut käyttämättömänä vuodesta 1999, jolloin sen jäähdytystyppi loppui.

Astronautit asensivat NICMOSiin mekaanisen jäähdytyslaitteiston, joka ei tarvitse nestetyppeä viilentämiseen. Pakastimen tapaan toimivassa laitteessa käytetään jäähdytysaineena laajentumatonta neonkaasua ja sitä pumpataan pienellä turbiinilla. Koska normaali turbiini värisee ja häiritsisi siten Hubblen tarkkoja havaintoja, on NICMOSin jäähdyttimessä huimaa 400 000 kierroksen minuuttivauhtia pyörivä miniatuuriturbiini. Laittoisto kykenee jäähdyttämään kameran -203 asteen lämpötilaan ainakin viiden vuoden ajan.

NICMOS on edelleen käytössä – kiitos tämän huoltolennon.

Huoltolento 4 - toukokuu 2009

Avaruussukkula Columbian vuonna 2003 tapahtuneen onnettomuuden jälkeen Hubblen huoltolennot peruttiin turvallisuussyiden perusteella ja oli vaarana, että avaruusteleskooppi rappeutuu ja pahimmassa tapauksessa putoaa hallitsemattomasti Maahan. Kun sukkulat saatiin jälleen lentämään ja NASA katsoi viimeisen Hubblen huoltolennon olevan myös turvallisesti toteutettavissa, otettiin lento uudelleen ohjelmaan.

Sukkula Atlantis oli valmiina STS-125 -lennolleen jo syyskuun 2008 lopussa, kun aikomuksena ole tehdä lento saman vuoden lokakuussa. Ennen laukaisua kuitenkin Hubblen instrumenttien keräämää tietoa varastoiva sekä Maahan lähettävä osa rikkoontui. Niinpä lentoa päätettiin lykätä siihen saakka, kun Maassa oleva – toimettomana pitkään maannut – osa saatiin huollettua ja tarkistettua.

Koska sukkulalentoja tehtiin tuolloin avaruusaseman ehdoilla, viivästyi Hubble-lento kuukausikaupalla, seuraavan vuoden toukokuulle.

Tuon viimeisen huoltolennon aikana astronautit asensivat viiden avaruuskävelyn aikana Hubbleen kaksi uutta havaintolaitetta ja huoltavat sekä vaihtavat uusiin akkuja, asennonsäätögyroskooppeja, ohjaussensoreita, lämpösuojia ja muita ajan raiskaamia osia.

Uusia laitteita olivat COS-spektrografi, eli Cosmic Origins Spectrograph, ja kolmas versio laajakulmakamerasta. Nyt sen nimi oli yksinkertaisesti WFC3. Sen lisäksi kaksi rikkoontunutta havaintolaitetta. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) ja Advanced Camera for Surveys (ACS), korjattiin ja ne ovat edelleen toiminnassa.


Juttuja samasta aiheesta