HUBBLE SPACE TELESCOPE
1990 - 037B
(Letectví a kosmonautika č.20/1990)
Ing. VLADISLAV POULEK
Dne
24. dubna 1990 vynesl raketoplán Discovery STS-31
z Kennedyho kosmického střediska na Floridě na oběžnou dráhu Hubblův kosmický
dalekohled. Tím byla završena patnáctiletá etapa vývoje a výroby tohoto nesmírné
pokročilého astronomického nástroje a zároveň tím byla zahájena nová éra v astronomii.
První návrhy na umístění astronomického dalekohledu do kosmu
sahají až do roku 1946, kdy pracovník firmy Douglas Aircaft Lyman Spitzer publikoval
zprávu zvanou „Astronomické výhody mimozemské observatoře". Taková laboratoř
byla zařazena mezi vědecké priority krátce po založení NASA v roce 1958. Ale
teprve na počátku sedmdesátých let začal projekt kosmického dalekohledu nabývat
konkrétní podoby.
V roce 1973 byly navázány první formální kontakty s ESA o spolupráci
na projektu velkého kosmického dalekohledu (Large Space Telescope - LST). V
té době se uvažovalo, že průměr primárního zrcadla dalekohledu bude 3 metry,
avšak vzhledem k finančním nákladům byl v roce 1976 tento průměr snížen na 2,4
m. Zároveň byl projekt přejmenován na Hubble Space Telescope (HST). Projekt
tedy nese jméno význačného amerického astronoma, jenž se zabýval studiem vzdálených
galaxií a který na základě spetroskopických pozorování objevil, že se vesmír
rozpíná. V roce 1976 bylo také rozhodnuto, že se na projektu bude podílet dodávkou
solárních panelů a kamery pro sledování slabých objektů ESA. Dohoda podepsaná
mezi NASA a ESA v roce 1977 stanoví, že na základě tohoto podílu na konstrukci
dalekohledu bude mít ESA k dispozici nejméně 15% pozorovacího času. V té době
se předpokládalo, že dalekohled bude vypuštěn v říjnu 1983. Vzhledem k mimořádné
technické náročnosti tohoto přístroje však v průběhu konstrukce a výroby došlo
ke tříletému zpožděni, takže dalekohled byl připraven k vypuštění až v roce
1986. V té době došlo ke katastrofě raketoplánu Challenger a k více než dvouleté
přestávce v programu kosmických raketoplánů. Protože jediným dopravním prostředkem
pro Hubblúv dalekohled je právě kosmický raketoplán, znamenala tato katastrofa
další čtyřletý odklad vypuštění dalekohledu.
Mimořádné naděje, které vkládají astronomové do tohoto přístroje,
plynou především ze skutečnosti, že kosmický dalekohled má rozlišovat objekty
s přesností 0,1 úhlové vteřiny, zatímco rozlišovací schopnost nejdokonalejších
pozemských teleskopů je jedna úhlová vteřina. Tento významný rozdíl je dán zejména
absenci rušivých vlivů atmosféry na oběžné dráze. Vliv atmosféry působí rušivě
nejen na rozlišovací schopnost pozemských dalekohledů, ale například i na spektrální
měření. Je známo, že v zemské atmosféře jsou absorbována široká spektrální pásma
elektromagnetického záření. Naproti tomu Hubblúv dalekohled může zkoumat všechny
vlnové délky elektromagnetického záření od 115 nm do 1 nm.
Konstrukce dalekohledu
Válcové
těleso dalekohledu je dlouhé 13,1 m a jeho maximální průměr je 4,25 m. V tomto
válcovém tělese je umístěno primární zrcadlo dalekohledu, sekundární zrcadlo
dalekohledu, 5 hlavních optických přístrojů: širokoúhlá planetární kamera, vysokorychlostní
fotometr, spektrograf slabých objektů, kamera slabých objektů a spektrograf
s vysokým rozlišením. Dále je v hlavním tělese umístěna soustava optických čidel,
s jejichž pomocí je dalekohled zaměřován a s pomocí soustavy setrvačníků je
poloha dalekohledu udržována s přesností 0,007 úhlové vteřiny. Na povrchu válcového
tělesa dalekohledu jsou umístěny dvě parabolické antény s vysokým ziskem a dva
panely solárních článků. Za konstrukci dalekohledu odpovídá firma Lockheed Missiles
and Space Co.
Optická soustava dalekohledu
Nejdůležitější
součástí celého dalekohledu je primární zrcadlo o průměru 2,4 m, které je pokryto
odraznou hliníkovou vrstvou a ochrannou vrstvou fluoridu horečnatého. Povrch
zrcadla je vyleštěn s neuvěřitelnou přesností, lepší než 50 nm. Hliníková vrstva
odráží elektromagnetické záření v rozsahu 115 nm - až 1 nm. Tyto dvě vlastnosti,
vynikající kvality a povrchu zrcadla a jeho odrazivost se výraznou měrou podílejí
na mimořádných vlastnostech tohoto přístroje. Optická soustava dalekohledu používá
ještě sekundární zrcadla v konfiguraci Ritchey / Chrétien / Cassegrain. Efektivní
ohnisková vzdálenost této soustavy je 57 m. Konstrukcí optické soustavy byla
pověřena filiálka firmy Perkin Elmer v Danbury, v roce 1989 zakoupená koncernem
Hughes.
Kamera pro snímáni slabých objektů (Faint-Object Camera)
Tuto kameru vyvinula agentura ESA, která zadala kontrakty firmám
Dornier, Matra a British Aerospace. Kamera pracuje ve třech základních režimech
s dvojnásobným, čtyřnásobným a dvanácti-násobným zvětšením. Při těchto zvětšeních
je zorné pole kamery 22 x 22, 11 x 11 a 4 x 4 úhlové vteřiny. Tato kamera využívá
třístupňový fotonásobič, který je napojen na televizní kameru. Hlavní řešitel
tohoto experimentu je dr. F. D. Macchetto z Evropské kosmické agentury.
Širokoúhlá planetární kamera (Wide-Field/Planetary Camera)
Tato kamera může pracovat ve dvou režimech. V širokoúhlém je
její zorné pole 2,7 x 2,7 úhlové minuty a v planetárním režimu s větším zvětšením
je zorné pole kamery 1,2 x 1,2 úhlové minuty. Tato kamera používá jako snímač
8 nábojově vázaných prvků (CCD). Tyto CCD snímače představují matici 800 x 800
jednotlivých křemíkových fotodetektorů. Rozměr jednoho elementu detektoru je
15 x 15 mm. Při dopadu fotonů na tyto detektory se v jednotlivých elementech
hromadí a uchovává náboj, který je po skončení snímání přečten, elektronicky
zesílen a předán do řídícího střediska. Také tato kamera stejně jako předchozí
přístroj je vybavena velkým množstvím filtrů, hranolů, mřížek a polarizátorú,
které umožňují konat velmi podrobná optická měření zkoumaných objektů. Za konstrukci
této kamery odpovídá Jet Propulsion Laboratory. Hlavním řešitelem tohoto přístroje
je profesor J. A. Westphal z Kalifornského technického institutu. Kontrakt na
výrobu přístroje byl zadán do Jet Propulsion Laboratory.
Spektograf slabých objektů (Faint-Object Spectrograph)
Hlavním úkolem spektrografu je pomocí hranolů a difrakčních
mřížek studovat optická spektra vzdálených objektů. Spektrograf slabých objektů
pracuje s nízkým a středním rozlišením ve spektrálním rozsahu 115-850 nm. Odpovědným
řešitelem tohoto experimentu je dr. J. R. Harms (University of California, San
Diego). Přístroj vyrobila firma Martin-Marietta.
Spektrograf s vysokým rozlišením (High-Resolution Spectrograph)
Spektrograf s vysokým rozlišením pracuje v ultrafialové oblasti
115-320 nm. Odpovědným řešitelem experimentu je dr. J. C. Brandt (NASA Goddard
Space Flight Center). Přístroj vyrobila firma Ball Brothers.
Vysokorychlostní fotometr (Hígh-Speed Photometer)
Vysokorychlostní fotometr může detekovat čas mezi dopadem jednotlivých
fotonů s přesností lepší než 20 µs. Přístroj je určen ke sledování rychlých
změn světelného toku ze vzdálených zdrojů. Fotonásobič tohoto fotometru pracuje
v rozsahu 115-700 nm. Přístroj je vybaven velkým množstvím filtrů, které umožňují
sledovat vybrané oblasti v tomto spektrálním rozsahu. Přístroj je také určen
pro měření polarizace světla. Za experiment odpovídá dr. R. C. Bless z University
of Wisconsin, kde byl přístroj také vyroben.
Přesná navigační čidla
Dalekohled je vybaven třemi přesnými navigačními čidly, z nichž
dvě jsou určena k zaměřování dalekohledů na cílové objekty s přesností 0,007
obloukových vteřin. Detektory pracuji na principu velmi přesných interferometrů.
Třetí detektor slouží jako záloha a může být použit k měření poloh hvězd s předpokládanou
přesností 0,002 úhlové vteřiny.
Energetický systém
Energetický systém dalekohledu využívá dvou výsuvných panelů
solárních článků, které mají po dvou létech provozu dodávat nejméně 4,5 kW.
Výsuvné panely zkonstruovala na základě kontraktu Evropské kosmické agentury
firma British Aerospace. Solární články s účinností vyšší než 14 % dodala firma
AEG Telefunken. Panely solárních článků jsou jako ostatní součástí dalekohledu
modulární konstrukce a předpokládá se, že budou vyměňovány ve zhruba dvouletých
intervalech, a to ze dvou důvodů:
1. V současnosti Hubblův dalekohled pracuje v období slunečního
maxima, kdy je i na relativně vyšších drahách okolo 600 km zvýšený výskyt atomárního
kyslíku, který působí velmi korozívné na póly solárních článků a způsobuje jejich
degradaci.
2. Dráha Hubblova dalekohledu protíná na některých obězích
oblast zvýšené radiace v oblasti jižního Atlantiku, kde dochází ke zvýšenému
radiačnímu poškozování solárních článků.
Pro výměnu solárních panelů byla vyvinuta řada speciálních
montážních nástrojů a v současnosti již astronauti s nimi zahájili nácvik.
Vypuštění a provoz přístroje
Jak již bylo uvedeno v úvodu, Hubblův dalekohled byl vypuštěn
z Kennedyho kosmického střediska na Floridě 24. dubna 1990 a po uvolněni z nákladového
prostoru raketoplánu Discovery bylo zahájeno jeho oživování.
Zpočátku se projevily některé drobné závady, jako byl například
problém s anténou pro vysíláni telemetrie. Brzy se však ukázalo, že mnohem závažnější
problém představuje přesná stabilizace dalekohledu, kdy se dlouhou dobu nepodařilo
dosáhnout plánované přesnosti zaměřeni dalekohledu, která je uvedena v textu.
Dalším velmi závažným problémem se v době, kdy je psán tento text, zdá být optická
soustava dalekohledu, která podle prvních zpráv rovněž nedosahuje předpokládaných
parametrů. Z těchto důvodů nedodává Hubblův dalekohled výrazné kvalitnější snímky
vesmírných objektů, než nejlepší pozemské dalekohledy. Odborníci z vědeckého
ústavu pro využití vesmírného dalekohledu, který sídlí v areálu Johns Hopkins
University, spolu s techniky NASA v současnosti usilovné pracují na odstranění
těchto problémů. Není však vyloučeno, že bude nutné již v nejbližší době zařadit
do programu některého z raketoplánů návštěvu Hubblova dalekohledu, kdy by se
astronauti přímo na místě pokusili odstranit závady. Pokud se to nepodaří, bude
třeba zřejmě využít neocenitelné schopnosti kosmického raketoplánu dopravovat
umělá kosmická tělesa zpět na Zemi, k zajištění potřebných úprav v pozemských
laboratořích firmy Lockheed. Taková záchranná mise by však způsobila další oddálení
vědeckých pozorování a vyžádala by si také nemalé finanční náklady.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Obrázky k článku:
1) O péči, jíž konstruktéři věnovali tepelnému režimu obřího
teleskopu, cyklicky namáhaného při obězích kolem Země (střídání prudkého oslunění
s mrazivým stínem), svědčí pečlivá izolace tubusu teleskopu
pokovenými fóliemi.
2) Schéma hlavních částí HST.
3) Hubble Space Telescope při zkouškách
u hlavního dodavatele, kalifornské firmy Lockheed Missile and Space Company
(LMSC). K vítězství firmy Lockheed v soutěži na HST bezpochyby přispěla skutečnost,
že LMSC dodává optické průzkumné družice pro USAF už od dob Ageny (nyní rodinu
„klíčových dírek", satelitů Keyhole KH-12).
Kosmický dalekohled Hubble Space Telescope (1990-037B)
Rozměry: průměr 4,25 m délka 13,1 m
Hmotnost: 11 250 kg
Úkoly: astronomická pozorováni v pásmu 115 nm - 1 nm
Provoz družice: NASA Space Telescope Science Institute,
John Hopkins Homewood Campus, Baltimore (MD); NASA Goddard Space Flight Center,
Greenbelt Rd., Greenbelt (MD)
Start: 24. 4. 1990, 12.34 UT, Kennedy Space Center,
raketoplán Discovery STS-31
Dráha: kruhová, 28,46°, 96,84 min, 612-620 km
Stabilizace: tříosá 0.007"
Hlavni dodavatelé: Lockheed Missiles and Space Co.
Sunnyvale (CA), Hughes Danbury Optical Systems. Inc. (dříve Perkin Elmer Co.),
Danbury (CT)
Připravil M.Filip 17.3.2002
Aktualizováno : 06.04.2002
[ Obsah | Nepilotované
kosmické lety | HST ]
Pokud není uvedeno jinak, jsou použité fotografie z NASA (viz. Using NASA Imagery) a dalších volně přístupných zdrojů.
(originál je na https://mek.kosmo.cz/druzice/usa/hst/lk.htm)
