Корректирующая оптика, осевая замена космического телескопа
Корректирующая оптика космического телескопа Axial Замена ( COSTAR ) – это инструмент оптической коррекции, разработанный и изготовленный НАСА . Он был создан для исправления сферической аберрации космического , Хаббл телескопа главного зеркала которое неправильно фокусировало свет на камерах слабых объектов (FOC), спектрографах слабых объектов (FOS) и спектрографах высокого разрешения Годдарда (GHRS). [1]
Он был доставлен на шаттле к телескопу в рамках обслуживающей миссии STS-61 2 декабря 1993 года и успешно установлен в течение одиннадцати дней.
Источник
[ редактировать ]После того, как в 1990 году было обнаружено, что главное зеркало недавно запущенного космического телескопа Хаббл (HST) было неисправно из-за того, что ему придали неправильную форму, инженеры НАСА оказались под огромным давлением, пытаясь решить проблему. Неправильная форма зеркала привела к серьезной сферической аберрации — недостатку, при котором свет, отражающийся от края зеркала, фокусируется в другой точке, чем свет, отражающийся от его центра. Влияние дефекта на научные наблюдения зависело от конкретного наблюдения: ядро аберрированной функции рассеяния точек было достаточно резким, чтобы обеспечить возможность наблюдения ярких объектов с высоким разрешением, а на спектроскопию точечных источников влияло только из-за потери чувствительности. Однако потеря света в большом расфокусированном ореоле серьезно снизила эффективность телескопа для наблюдения за слабыми объектами или получения высококонтрастных изображений. Это означало, что почти все космологические программы были по существу невозможны, поскольку требовали наблюдения исключительно слабых объектов. [2]
Разработка
[ редактировать ]При запуске HST имел пять научных инструментов: широкоугольную и планетарную камеру (WFPC), спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS), высокоскоростной фотометр (HSP), камеру слабых объектов (FOC) и спектрограф слабых объектов (FOS).Поскольку вернуть HST на Землю для ремонта было слишком сложно, инженеры продумали все: от замены вторичного зеркала телескопа путем отправки астронавта, выходящего в открытый космос, в оптическую трубу телескопа, до установки круглой шторки вокруг отверстия трубы, которая позволила бы уменьшить апертуру и улучшение фокусировки за счет блокировки внешних областей главного зеркала. [3] В конечном итоге было решено, что, поскольку HST все еще находится на орбите, они могут заменить WFPC улучшенной широкоугольной и планетарной камерой 2 , которая будет включать в себя корректирующую оптику. [3] Это привело к тому, что решения для остальных инструментов еще предстоит найти. Одним из потенциальных вариантов было вставить корректирующую оптику, линзы или зеркала в трубу телескопа между главным зеркалом и вторичным отражателем. Однако трубка была слишком узкой, чтобы даже самый маленький космонавт мог проскользнуть по ней, что привело к поиску способа введения в трубку необходимых корректирующих компонентов. [4]
В Германии прошла кризисная встреча Европейского космического агентства для обсуждения вопросов с HST. Среди присутствующих был Джеймс Х. Крокер, старший инженер-оптик Ball Aerospace Corporation. Однажды утром, принимая душ в своем немецком отеле, он заметил, что насадка для душа перемещается на вертикальном стержне, и ее можно закреплять на стержне на разной высоте и под разными углами. Горничная оставила насадку для душа у основания штанги и прижала ее к стене, а это означало, что она занимала очень мало места, пока Крокер не ослабил зажим и не переместил ее в нужное положение. Ему пришла в голову идея, что необходимые корректирующие компоненты можно было бы смонтировать на таком устройстве, которое позволило бы вставлять их в трубку перед раскладыванием на роботизированных манипуляторах в необходимое положение для перехвата лучей света от вторичного зеркала, правильного а затем сосредоточить их на различных научных инструментах. [4] Вернувшись в Америку, он объяснил свою идею, которая была немедленно подхвачена другими инженерами, которые начали разрабатывать то, что к 1990 году стало аксиальной заменой космического телескопа с корректирующей оптикой, или COSTAR. Бюджетная стоимость COSTAR составила 50 000 000 долларов США. [5] Чтобы установить систему COSTAR на телескоп, пришлось снять один из других инструментов, и астрономы выбрали в жертву высокоскоростной фотометр , который был наименее важным из четырех осевых детекторов. [2]
Окончательный проект размером с телефонную будку состоял из небольших корректирующих зеркал, исходящих горизонтально из выдвижной башни. Для апертуры каждого прибора имеется два зеркала М 1 и М 2 . М 1 , находящийся на пути света, действует как полевое зеркало и представляет собой простую сферу, в то время как коррекция сферической аберрации осуществляется с помощью М 2, который не имеет идеальной формы и неравномерно отражает падающий свет. Однако отклонения были рассчитаны так, что они точно обратны отклонениям главного зеркала. Таким образом, после отражения и коррекции двумя зеркалами свет возвращается в правильную форму. Преимущество такого расположения состоит в том, что исправленное поле не содержит комы. [6] [7] В общей сложности десять корректирующих зеркал диаметром примерно от 18 до 24 мм использовались в качестве камеры слабых объектов и спектрографа слабых объектов, каждый из которых имел по две апертуры для каждого из двух измерительных каналов, тогда как спектрограф высокого разрешения Годдарда имел только одну апертуру для оба его канала. [5] Конструкция усложнялась необходимостью обеспечить, чтобы лучи света вышеупомянутых инструментов, которые были установлены на конце трубы телескопа, не попадали в лучи нового WFPC 2, который был установлен на одной стороне трубы телескопа. [4]
В январе 1991 года компания Ball Aerospace Corp. была выбрана НАСА в качестве генерального подрядчика для выполнения всей разработки, производства и проверки COSTAR, и этот процесс занял 26 месяцев. [5] Чтобы рассчитать необходимые поправки, одна команда рассчитала существующую ошибку, исследовав неподвижные инструменты, которые использовались для изготовления главного зеркала, а другая независимая группа рассчитала ее, используя искаженные изображения, переданные Хабблом. Обе команды пришли к практически одинаковым результатам измерений. Корректирующие зеркала, которые были изготовлены впоследствии, были затем проверены на наличие ошибок двумя независимыми группами. После завершения весь COSTAR был протестирован в системе выравнивания COSTAR (CAS). Чтобы проверить наличие каких-либо ошибок в CAS, COSTAR был затем установлен в специально разработанном оптико-механическом симуляторе Хаббла (HOMS), который имитировал ошибки в неисправном главном зеркале, чтобы обеспечить сквозное тестирование и, таким образом, проверку выходного изображения. Система HOMS также была протестирована двумя независимыми группами (одна из Ball Aerospace, а другая из Центра космических полетов Годдарда) с использованием различных испытательных инструментов. Европейское космическое агентство также внесло свой вклад в процесс проверки, предоставив инженерную модель камеры слабых объектов для обеспечения дополнительной проверки. [5]
Установка
[ редактировать ]COSTAR заменил высокоскоростной фотометр во время первой миссии по обслуживанию Хаббла в 1993 году. [8] Оригинальный WFPC был заменен на WFPC 2 во время той же миссии. [4]
поручил роботизированному манипулятору 28 декабря 1993 года Научный институт космического телескопа развернуть зеркала на место. Полученные изображения подтвердили, что COSTAR исправил сферическую аберрацию в главном зеркале. [7]
COSTAR внедряется в Хаббл во время первой миссии обслуживания.
Астронавты работают над установкой корректирующей оптики Хаббла во время миссии обслуживания 1.
Крупный план рабочего механизма от COSTAR. Зеркала выходили из тела КОСТАРа слева.
Удаление из службы
[ редактировать ]Более поздние инструменты, установленные после первоначального развертывания HST, имели собственную корректирующую оптику. COSTAR был удален из HST в 2009 году во время пятой миссии обслуживания и заменен спектрографом космического происхождения . Сейчас он выставлен в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне, округ Колумбия. [9] [3]
Диаграмма
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Крокер, Джеймс Х. (1993). «Инжиниринг КОСТАР» . Новости оптики и фотоники . 4 (11): 22. Бибкод : 1993OptPN...4...22C . дои : 10.1364/ОПН.4.11.000022 .
- ^ Jump up to: а б Татаревич, Джозеф Н. (1998). «Миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл». В Маке, Памела Э. (ред.). От инженерной науки к большой науке . Серия историй НАСА. НАСА. п. 375. ИСБН 978-0-16-049640-0 . НАСА SP-1998-4219.
- ^ Jump up to: а б с Харвуд, Уильям (22 апреля 2015 г.). «Как НАСА исправило ошибочное видение и репутацию Хаббла» . ЦБС . Проверено 16 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д Винчестер, Саймон (2018). Именно: Как инженеры точной техники создали современный мир . Лондон: Уильям Коллинз. стр. 245–250. ISBN 978-0-00-824176-6 .
- ^ Jump up to: а б с д «Факты НАСА - замена оси космического телескопа с корректирующей оптикой (COSTAR)» (PDF) . Центр космических полетов Годдарда. Июнь 1993 года . Проверено 24 апреля 2020 г.
- ^ Браун, РА; ХК Форд (1990). Отчет группы по стратегии HST: Стратегия восстановления (PDF) (Технический отчет). НАСА. CR-187826 . Проверено 24 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Енджеевский, Р.И.; Хартиг, Г; Якобсен, П; Форд, ХК (1994). «Работа камеры слабых объектов с коррекцией COSTAR на орбите» (PDF) . Письма астрофизического журнала . 435 : L7–L10. Бибкод : 1994ApJ...435L...7J . дои : 10.1086/187581 .
- ^ «Замена оси космического телескопа с корректирующей оптикой (COSTAR)» . Проверено 18 июля 2015 г.
- ^ «Камера, спасшая Хаббл, теперь выставлена напоказ» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР . 18 ноября 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Замена оси космического телескопа с корректирующей оптикой (Costar)
- Фотографии из Национального музея авиации и космонавтики оптики COSTAR
| Текущие инструменты |   | |
|---|---|---|
| Предыдущие инструменты |
| |
| космического корабля "Шаттл" Миссии | ||
| Специальные поля и изображения |
| |
| Связанный |
| |
