哈勃望远镜因何与众不同?

  • 栏目:公司新闻 时间:2019-12-06 19:48
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  作者:潘瑾

  可以说我和哈勃望远镜是一同长大的。“哈勃” 一词最早在是普林斯顿天文学家莱曼·斯皮策在 1946 年的一份陈述中被提出,之后的 1951 年 10 月 3 日,我出生在新泽西州的帕特森。在我幼年和少年时期,哈勃望远镜的想象一度被放置乃至逐步抛弃,但后来,跟着新太空时代技能的老练,斯皮策的想象成总算成为或许。偶然的是,我和哈勃简直一起开端了太空之旅,我被选为宇航员和哈勃被国会赞同进行规划制作都发生在 1978 年。

  制作哈勃望远镜是一项了不得的工程。哈勃与一切前代和子孙望远镜最底子不同之处在于,它的规划初衷是让两名穿戴粗笨宇航服的宇航员可以在距地球数百英里的轨迹上对其进行保护。这就像你穿戴充气相扑服和拳击手套开车相同,假如你松开手,你手上的东西就会飘走。

  可保护性规划的准则很简略,任何触摸过家居或轿车修补的人都很了解:当零件布局简略明晰,不动没有问题的部件就能找到毛病部件,紧固件和连接器十分规范,而且不需求什么特别东西时,修补就会很简略。可是一群从未进入过轨迹和从未穿过太空服的人该怎么了解微重力环境中“可保护”的意义,然后将一切这些都整合到望远镜的规划中呢?

  在规划哈勃的前期阶段,有两项立异供给了赋有创造性和作业谨慎的杰出典范。修补哈勃望远镜比较困难,所以简化东西接口以前进功率和削减预备作业时刻这两点十分重要。

  规划师亨利·福特(不是福特轿车那个福特)决议通过削减望远镜上紧固件的品种来处理第一个问题。他要找到一种尽或许小的螺栓,一起具有必要的高抗拉强度和合理的开裂扭矩。简略地说,这种螺栓需求满足巩固,足以接受航天飞机发射时的作用力(那时航天飞机还在规划阶段,所以没有准确数据),但用扳手松开它也不会太难。找到了这种特别的双高度 7/16 英寸的高强度六角头螺栓,福特与他的电子设备设备团队开端了探究。

  这个团队的作业是保证电子设备箱在设备进程中绝不松动;他们从未想过要把轨迹上的螺栓拆下来。通过几轮争辩和剖析后,团队赞同每个部分都能运用福特挑选的螺栓。接下来,福特去了担任太阳能阵列、天线铰链和门闩的机械组,终究去了科学仪器组。他跑完这一趟之后,现已收集了必需的工程数据来证明这种螺栓适用于望远镜的悉数体系,并保证了每个体系的首席工程师都会运用这种螺栓。NASA 后来把它作为航天飞机和空间站上的规范螺栓,用于任何或许在太空行走或舱外活动中需求修正的部位。

  Tom Fisher 的创造则是针对望远镜作业点需求预备的时刻。他比任何人都更了解望远镜上的 38 个舱外活动(EVA)作业点,他亲手制作了每个方位的准确而具体的工程图,以及适宜宇航员触摸和操作一切修补配件的身体姿态。Fisher 以为宇航员需求一种叫做脚部固定设备的便携式 EVA 作业渠道,这个渠道比 NASA 想象的简略的作业渠道用处更广。

  便携式脚部固定设备对宇航员来说就像地心引力对地球力学相同:它能让宇航员固定住双脚,这样宇航员就可以对东西施加杠杆作用和力。假如没有这个脚部固定设备,又想在太空的微重力中滚动一个螺栓,你就会发现螺栓没动,你自在漂浮的身体反而滚动了。前期的脚部固定设备基本上是柱子上的板。它们被规划成直接从附着的结构中伸出来的款式。踏板只能在一个轴上歪斜,运用时还不能调整。Fisher 想出了在踏板上设备脚蹬的主见,这样宇航员就可以用靴子轻敲脚蹬来旋转他们的身体。从 1985 年开端,咱们进行了一系列中性浮力测验来完善 Fisher 开端的概念,终究研宣告一种用处广泛的可以用于哈勃每次使命的设备,现在国际空间站上也在运用这个设备。

  在这段太空之旅开端的 2 分 15 秒里,整个进程十分波动而且充满着噪音,就像置身于地震、摇滚音乐会和战斗机的张狂组合中。那种轰动就像骨鸣相同,我的后背一向被强壮的推力推着。然后我感到火箭的推力越来越小,而且听到查理陈述说固体火箭如预期中的相同快燃尽了,之后听到砰的一声,火箭完全脱离。那个时候,整个旅程好像很安静,就像一列电动火车相同平稳。六分钟后,引擎熄火了,轻盈的四肢和飘浮的检查表使我坚信我又回到了轨迹上。我马上感到像回到家里相同。

  咱们兴奋地完毕了在轨迹上的第一天。机械臂作业正常,望远镜没有显示出被强力发射损坏的痕迹,咱们的宇航服也没有一点问题。

  咱们在一段早就想不起来的起床曲中开端了环绕哈勃望远镜的日常作业:穿衣服,吃点早餐,检查早晨的信息包,更新航天飞机的导航数据,并保证咱们一切的中甲板试验都在正常运转。可是当史蒂夫开端把望远镜抬出货舱时,咱们精心规划的布置方案开端出现问题。接下来,布置望远镜附件(太阳能阵列和天线)的方案开端分裂。方案的每一步都显示出,太空望远镜操作操控中心的地上操控小组没有充沛认识到哈勃体系的杂乱性,而且正在尽力应对实在的太空飞行操作的速度和压力。

  几周后,当全世界都知道刚刚送入轨迹的价值数十亿美元的太空望远镜居然视界含糊时,咱们对哈勃望远镜初次拍照壮丽图画的期望幻灭了。查理和史蒂夫忧虑了好几个星期,是不是在他们小心谨慎地把望远镜抬出航天飞机的货舱时,不小心撞到了它,然后导致现在这种状况。他们一定是地球上唯二两个因为知道哈勃直径 96 英寸的主镜形状不对而感到宽慰的人。它 0.0001 英寸的周长太扁平了,大约是人类头发直径的 1/25,或者是精装书厚度的 1/40。

  这个音讯令人难以置信,这是个难以想象的过错。震动和苦楚席卷了 NASA 和哈勃科学界。国会和媒体对此怒发冲冠。向大众宣告这一音讯的 NASA 官员们苍白的脸上清楚地写着沉痛二字。

  尽管咱们的方案一向是在布置望远镜两到三年后才进行第一个保护使命,但没有人想到哈勃的寿数会在第一次使命就危如累卵。

  通常状况下,找到处理方案的窍门是重设问题。镜头自身真的需求修补吗?假如咱们假定真实的应战是校对反射到仪器上的光呢?成果令人感动,这个假定是有或许的,假如没有这仅有的一个小小的好音讯,哈勃使命或许变成一个十分可怕的失利方案。镜子的形状确实是错的,可是恰恰因为它是错的,工程师们可以十分准确地核算出它的实践形状和预期形状之间的差异。这些信息可以用来核算校对望远镜视界,就像验光师决议一副眼镜所需镜片的形状相同。

  10 月,团队现已有了康复方案的大致结构。哈勃尾部的四个大型科学仪器中的一个将被替换成一个相同的盒子,盒子里装着纠正光学仪器——在哈勃这个状况中盒子里边装的是小镜子,而不是透镜。这些镜子将为望远镜的制导传感器和剩余的三个仪器供给适宜的聚集光线。相似的镜子被设备到哈勃的首要成像设备——宽视场/行星照相机的替换单元中,而该设备正在制作中。

  接下来的 16 年里,有别的 4 名航天飞机机组人员加入了哈勃使命。每一个修补使命都改进了原有办法,并创造了新设备以处理愈加杂乱的修补作业,但一切这些都严峻依赖于原小组出产的东西和设备。到第四次使命时,修补团队做了一些咱们在 1990 年从未想过的作业,比方把设备在主镜下方几英尺的精细科学仪器的盖子拿掉,以便替换独自的电路板。在五次保护使命中,16 名太空散步者一共花费 165.8 个小时(差 6 分钟便是七天)骑在航天飞机的机械臂上或爬上望远镜。因为这些使命的完结,今日的望远镜比咱们在 1990 年 4 月 25 日初次布置的那个要好得多。航天飞机机组人员用更先进的固态元件替代了 20 世纪 70 时代的旧式电子产品,所以哈勃的可靠性、数据存储和数据传输速度都有所前进。

  前进了三倍的灵敏度可以让它看到世界深处。现在哈勃的照相机要比最初好 100 倍,它的摄谱仪也比最初好 10 倍。一切这些前进使哈勃可以丈量世界的膨胀率,即哈勃常数,它的成果比飞行前的规划方针准确五倍,并被以为是有史以来最多产的天文台。

  咱们在 1990 年带上去的哈勃望远镜基本上只剩余双面镜子和支撑它们的计量桁架,黄色的 EVA 扶手和脚部固定设备底座,以及闪亮的银色外壳,它从前让这架雄伟的飞行器在暮色中从头顶飞过期很简略被发现。但现在与 1985 年 4 月我第一次看到哈勃望远镜时比较,那银色的外壳变得昏暗多了。褪色的首要原因是恶劣的太空环境。一切的卫星都会不断遭到微流星体、太空碎片、激烈辐射和太阳风中带电粒子的腐蚀。只要哈勃会遭到另一种腐蚀力的影响:人类的触摸。在履行重要使命时,保护望远镜的太空散步宇航员在望远镜的外壳上留下了他们的手印。

  这些可见的手印就像冰山一角,激烈暗示着一个看不见的愈加巨大的集体。对我来说,它们标志着很多在地球上作业的手,那些科研人员规划了望远镜的可保护性,制作了实现在轨服务所需的东西和设备,训练了机组人员,并像宇航员相同不辞辛劳地完结每一项使命。这些默默无闻的人都有理由说他们也在哈勃上留下了自己的手印。

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