Осевая замена космического телескопа с корректирующей оптикой - Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement

«КОСТАР» перенаправляется сюда. Информацию о Комитете по космическим исследованиям (КОСПАР) см. КОСПАР.
COSTAR на выставке в Национальном музее авиации и космонавтики

В Осевая замена космического телескопа Corrective Optics (COSTAR) является оптическая коррекция инструмент разработан и построен НАСА. Он был создан для исправления сферическая аберрация из Космический телескоп Хаббла's главное зеркало, который неправильно фокусировал свет на Камера для слабых объектов (FOC), Спектрограф слабых объектов (FOS) и Спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS) инструменты.[1]

Его доставили на шаттле к телескопу в ходе обслуживания. СТС-61, 2 декабря 1993 г., и успешно установлен в течение одиннадцати дней.

Источник

После того, как в 1990 году было идентифицировано это главное зеркало в недавно запущенном Космический телескоп Хаббла (HST) был неисправен из-за того, что он был отшлифован до неправильной формы. Инженеры НАСА столкнулись с огромным давлением, чтобы исправить проблему. Неправильная форма зеркала привнесла серьезные сферическая аберрация, дефект, при котором свет отражается от края зеркала фокусирует в точке, отличной от света, отражающегося от его центра. Влияние изъяна на научные наблюдения зависело от конкретного наблюдения - ядра аберрированного функция разброса точки был достаточно резким, чтобы позволить наблюдения ярких объектов с высоким разрешением, а на спектроскопию точечных источников повлияла только потеря чувствительности. Однако потеря света из-за большого расфокусированного ореола серьезно снизила полезность телескопа для съемки слабых объектов или получения высококонтрастных изображений. Это означало, что почти все космологические программы были практически невозможны, так как требовали наблюдения исключительно слабых объектов. [2]

Разработка

На момент запуска HST нес пять научных инструментов: Широкоугольная и планетарная камера (WFPC), Спектрограф высокого разрешения Годдарда (GHRS), Высокоскоростной фотометр (HSP), Камера для слабых объектов (FOC) и Спектрограф слабых объектов Поскольку было слишком сложно вернуть HST на Землю для ремонта, инженеры продумали все: от замены вторичного зеркала телескопа, отправив космического астронавта в оптическую трубу телескопа, до установки круглой шторки вокруг отверстия трубы. , что уменьшило бы апертуру и улучшило фокусировку, заблокировав внешние области главного зеркала.[3] В конце концов было решено, что с HST, все еще находящимся на орбите, они могут заменить WFPC на улучшенный Широкоугольная и планетарная камера 2 который будет включать корректирующую оптику. [3] Осталось найти решения для остальных инструментов. Один из возможных вариантов заключался в установке корректирующей оптики, линз или зеркал в трубку телескопа между главным зеркалом и вторичным отражателем. Однако трубка была слишком узкой для того, чтобы даже самый маленький космонавт мог по ней скользнуть, что привело к поиску средств для вставки необходимых корректирующих компонентов в трубку. [4]

В Германии прошла кризисная встреча Европейского космического агентства, на которой обсуждались вопросы с HST. Среди участников был Джеймс Х. Крокер, старший инженер-оптик компании Ball Aerospace Corporation. Однажды утром, принимая душ в своем немецком отеле, он заметил, что насадка для душа перемещается по вертикальной штанге, и ее можно зажимать на штанге под разными углами и высотой. Горничная оставила насадку для душа у основания стержня и поставила плоско у стены, что означало, что она занимала очень мало места, пока Крокер не ослабил зажим и не переместил его в нужное положение. Ему пришла в голову идея, что они могут установить необходимые корректирующие компоненты на такое устройство, которое позволит их вставлять в трубку перед раскладыванием на роботизированных манипуляторах в требуемое положение для перехвата лучей света от вторичного зеркала, правильно а затем сфокусируйте их на различных научных инструментах.[4]Вернувшись в Америку, он объяснил свою идею, которую сразу же подхватили другие инженеры, которые начали разрабатывать то, что к 1990 году стало называться Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, или COSTAR. Бюджетная стоимость COSTAR составляла 50 000 000 долларов США.[5] Чтобы установить систему COSTAR на телескоп, пришлось снять один из других инструментов, и астрономы выбрали Высокоскоростной фотометр быть принесенным в жертву, что было наименее важным из четырех аксиальных детекторов.[2]

Окончательная конструкция размером с телефонную будку состояла из небольших корректирующих зеркал, расходящихся горизонтально из выдвижной башни. Для апертуры каждого инструмента есть два зеркала M1 И м2. M1 который находится на световом пути, действует как полевое зеркало и представляет собой простую сферу, в то время как коррекция сферической аберрации выполняется M2 который имеет неидеальную форму и неравномерно отражает падающий свет. Однако отклонения были рассчитаны так, что они в точности обратны отклонениям главного зеркала. Таким образом, после отражения и коррекции двумя зеркалами свет возвращается в правильную форму. Такое расположение имеет то преимущество, что в исправленном поле отсутствует кома.[6][7] В качестве камеры для слабых объектов и спектрографа слабых объектов использовалось в общей сложности десять корректирующих зеркал с диаметром от 18 до 24 мм, каждое из которых имело 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 для вышеупомянутых инструментов, которые были установлены на конце трубы телескопа, не попадали в лучи для нового WFPC 2, который был установлен на одной стороне трубы телескопа.[4]

Сборка COSTAR

В январе 1991 г. Ball Aerospace Corp. была выбрана НАСА в качестве генерального подрядчика для проведения всей разработки, производства и проверки COSTAR, что заняло 26 месяцев.[5] Чтобы рассчитать необходимые поправки, одна команда вычислила существующую ошибку, изучив все еще инструменты, которые использовались для изготовления главного зеркала, в то время как другая независимая команда рассчитала ее, используя искаженные изображения, которые передал Хаббл. Обе команды пришли к практически одинаковым результатам измерений. Затем изготовленные корректирующие зеркала проверяли на наличие ошибок две независимые группы. После завершения вся система COSTAR была протестирована в системе центровки COSTAR (CAS). Чтобы проверить наличие ошибок в CAS, COSTAR затем был установлен в специально разработанном оптико-механическом симуляторе Hubble (HOMS), который имитировал ошибки в неисправном главном зеркале, чтобы обеспечить непрерывный тест 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 для слабых объектов для дополнительной проверки.[5]

Установка

COSTAR заменил высокоскоростной фотометр во время первая миссия по обслуживанию Хаббла в 1993 г.[8] Оригинальный WFPC был заменен на WFPC 2 во время той же миссии.[4]

28 декабря 1993 г. роботизированное оружие было проинструктировано Научный институт космического телескопа развернуть зеркала в нужное положение. Полученные изображения подтвердили, что COSTAR исправил сферическую аберрацию в главном зеркале.[7]

  • COSTAR вставляется в Хаббл во время Первой сервисной миссии.

  • Астронавты работают над установкой корректирующей оптики Хаббла во время обслуживания Миссии 1.

  • Крупным планом рабочий механизм от COSTAR. Зеркала выступали из корпуса COSTAR слева.

Снятие с эксплуатации

Более поздние инструменты, установленные после первоначального развертывания HST, были разработаны с собственной корректирующей оптикой. COSTAR был исключен из HST в 2009 году во время пятая миссия по обслуживанию и заменен Спектрограф Cosmic Origins. Сейчас он выставлен в Смитсоновском Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия.[9][3]

Диаграмма

На рисунке 4 из отчета НАСА «Стратегия восстановления» показано, как зеркала M1 и M2 перехватывают и корректируют свет звезд.

Рекомендации

  1. ^ Крокер, Джеймс Х. (1993). "Инжиниринг КОСТАР". Новости оптики и фотоники. 4 (11).
  2. ^ а б Татаревич, Джозеф Н. (1998). "Миссия по обслуживанию космического телескопа Хаббл". В Мак, Памела Э. (ред.). От инженерной науки к большой науке. Серия истории НАСА. НАСА. п. 375. ISBN  978-0-16-049640-0. НАСА SP-1998-4219.CS1 maint: ref = harv (связь)
  3. ^ а б c Харвуд, Уильям (22 апреля 2015 г.). «Как НАСА исправило ошибочное видение и репутацию Хаббла». CBS. Получено 16 апреля, 2020.
  4. ^ а б c d Винчестер, Саймон (2018). Точно: как инженеры-точные инженеры создали современный мир. Лондон: Уильям Коллинз. С. 245–250. ISBN  978-0-00-824176-6.
  5. ^ а б c d "Факты НАСА - Осевая замена космического телескопа с корректирующей оптикой (COSTAR)" (PDF). Центр космических полетов Годдарда. Июнь 1993 г.. Получено 24 апреля, 2020.
  6. ^ Brown, R.A .; H.C. Форд (1990). Отчет Группы по стратегии HST: Стратегия восстановления (PDF) (Технический отчет). НАСА. CR-187826. Получено 24 апреля, 2020.
  7. ^ а б Jedrzejewski, RI; Хартиг, G; Якобсен, П; Форд, ХК (1994). «Работа на орбите камеры для слабых объектов с коррекцией COSTAR» (PDF). Письма в астрофизический журнал. 435: L7 – L10.
  8. ^ "Корректирующая замена оси космического телескопа (COSTAR)". Получено 18 июля, 2015.
  9. ^ «Камера, которая спасла Хаббла, теперь на дисплее». энергетический ядерный реактор. 18 ноября 2009 г.

внешняя ссылка