«Хаббл» ғарыштық телескопы

«Хаббл» ғарыштық телескопы (ағылш. Hubble Space Telescope, HST, КТХ, обсерватория коды «250») — Жерді айналып орбитамен ұшатын автоматты обсерваториясы, Эдвин Хаббл құрметіне аталған. «Хаббл» телескопы — НАСА мен Еуропа ғарыш агенттігі бірлескен жобасы; НАСА үлкен обсерваториялары тізіміне кіреді.

Телескоптың ғарышта орналасуы жер атмосферасы мөлдір емес диапазондарда электромагниттік сәулелерді тіркеуге мүмкіндік береді; ең алдымен — инфрақызыл диапазонын. Атмосфера әсерінің жоқтығынан телескоптың айыру қабілеттілігі дәл сондай жер бетіндегі телескоптікінен 7—10 есе үлкен.
    
Тарихы

Алғысөз, концепциялар, алғашқы жобалар

Орбиталды телескоп ұғымы алғашқы рет 1923-жылы шыққан Герман Оберттың «Ғаламшараралық кеңістіктегі зымыран» (нем. «Die Rakete zu den Planetenraumen») атты кітабында айтылады.

1946 жылы америкалық астрофизик Лайман Спитцер «Жерден тыс орналасқан обсерватория ерекшеліктері» атты мақала жариялайды (ағылш. Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory). Мақалада осындай телескоптың екі негізгі ерекшелігі көрсетіледі. Біріншіден, оның бұрыштық ажыратуы, атмосферадағы турбуленттік ағынмен емес, тек қана дифракциямен шектеледі; сол кезде жердегі телескоптардың ажыратулары 0,5 тен 1,0 бұрыштық секундты құрайтын, ал ажыратудың теоретикалық шегі дифракция бойынша айнасы 2,5 метр болатын телескоп үшін шамамен 0,1 секунд болды. Екіншіден, ғарыштық телескоп бақылауды инфрақызыл және ультракүлгін диапазондарда жүргізе алатын еді, ол жағдайда жер атмосферасының сәулелерді жұтуы әжептәуір.

Спитцер өзінің ғылыми мансабының басым бөлігінде осы жобаны іске асыруға тырысып бақты. 1962 жылы АҚШ ұлттық ғылым академиясы жариялаған докладта (баяндамада) орбиталды телескопты жасауды ғарыштық бағдарламаға қосуға кеңес береді, осылайша 1965 жылы Спитцер ірі ғарыштық телескоптың ғылыми тапсырмалары мен орнын анықтайтын комитет басшысы болып тағайындалады.

Ғарыштық астрономия екінші дүниежүзілік соғыстан кейін қарқынды дами түсті. 1946-жылы күннің ультракүлгін спектрі алғашқы рет алынды. Орбиталды телескопты «Ариэль» бағдарламасы аясында Күнді зерттеу мақсатында Ұлыбритания 1962-жылы ұшырған, 1966-жылы НАСА алғашқы орбиталды OAO-1 обсерваториясын жіберген (ағылш. Orbiting Astronomical Observatory). Бірақ бұл миссия электрлік аккумулятордың старттан кейін үш күннен соң істен шыққандықтан сәтсіздікке ұшырайды. 1968 жылы OAO-2 ұшырылды, ол 1972|-жылға дейін, есептелген жарамды мерзімінен бір жыл артық қызмет істеп, жұлдыздар мен галактикалардың ультракүлгін сәулелерін бақылады.

OAO миссиялары айқын түрде орбиталды телескоптор маңызын көрсетіп берді, сондықтан 1968 жылы НАСА 3 м диматерлі рефлектор-телескопының құру жоспарын мақұлдады. Жобаны шартты түрде LST (ағылш. Large Space Telescope) деп атады. Ұшыру 1972-жылы жоспарланды. Бағдарлама қымбат құрылғының ұзақ мерзім жұмыс істеуін қамтамыз ету үшін телескопқа қызмет көрсету мақсатында тұрақты түрде пилотты экспедициялар жіберіліп тұруына екпін жасады. Сонымен қатар дамытылып жатқан «Спейс шаттл» бағдарламасы сәйкес мүмкіндіктер қамтамасыз етуге үміт берді.

Жобаны қаржыландыруға күрес

ОАО сәттілігі арқасында астрономиялық қоғамдастықта ірі орбиталды телескоп салу керек деген тұжырым қалыптасты. 1970 жылы НАСА техникалық жақтарын зерттеу мен жоспарлау және ғылыми зерттеулер бағдарламасын құрайтын екі комитет ашады. Келесі қиындық қаржыландыруға кеп тірелді, бұл кез келген жер бетіндегі телескоптан әлде қайда көбірек қаражатты қажет етедін еді. АҚШ конгрессі келтітірілген сметада ұсынылған көп бөлігіне күмән келтіріп, бастапқыда екі ауқымды зерттеу жасауға мүмкіндік беретін құрылғылары мен обсеватория ішкі құрылысына кететін әжептәуір қаржысын кесіп тастайды. 1974 жылы, Форд бастаған, бюджет шығындарын қысқарту бағдарламасы аясында Конгресс жобаны қаржыландырудан толықтай бас тартады.

Бұған жауап ретінде астрономдар кең ауқымды лоббилық компания ұйымдастырды. Көптеген ғалымдар тікелей сенаторлары мен конгрессмендерімен кездескен, сонымен қатар ірі хаттар да жіберілді. Ұлттық Ғылым Академиясы орбиталды телескоп маңызы көрсететін баяндама жасайды, нәтижесінде сенат Конгресс бастапқыда жоспарлаған қаражаттың жартысын беруге келіседі.

Қаржылық таршылығынан шығынды азайтып, кішіректеу құрылғы жасақтау үшін жобаны да қысқартуға тура келеді, соның ішінде айна диаметрін 3-тен 2,4 метрге дейін қысқарту болды. Сонымен бірге, тест жасау мен жүйені жетілдіру мақсатындағы біржарым метрлік телескоп жобасынан да бас тартылды, әрі Еуропалық ғарыш агенттігімен әріптестік құру шешілді. ЕҒА қаржыландыруға қатысуға келісті, әрі обсерваторияға керек бірнеше өз құрылғылары мен күн батареясын да беретін болды, ал НАСА осы үшін еуропалық астрономдарға кемінде 15 % обсерватория бақылау уақытын беретін болды . 1978 жылы Конгресс 36 млн доллар көлеміндегі қаржыландыруды мақұлдады, осыдан кейін бірден толыққанды ауқымды жобалау жұмыстары басталып кетті. Ұшыру уақыты 1983 жылға жоспарланған. 1980-жылдар басында телескопқа Эдвина Хаббл есімі берілді.

Жобалау мен құрылысын ұйымдастыру

Ғарыштық телекопты жасау жұмысы көп компаниялар мен мекемелерге бөлініп берілді. Маршалл ғарыш орталығы жобалау, құрастыруға жауап берсе, Гаддард ғарыштық ұшу орталығы ғылыми құрылғыларды жасауды жалпы басқаруды қолға алды, әрі жердегі басқару орталығы ретінде таңдалды. Маршалл орталығы телескоптың оптикалық жүйесін жобалау мен жасау (ағылш. Optical Telescope Assembly, OTA) және дәл бағдарлау датчиктерін жасауға «Перкин-Элмер» компаниясымен контракт жасады. «Локхид» корпорациясы телескоп үшін ғарыштық аппарат жасауға контракт алды.

Оптикалық жүйесін жасау

Телескоптың негізгі айнасын жылтырату, «Перкин-Элмер» компаниясы лабораториясы, мамыр, 1979 жыл.

Айнасы мен оптикалық жүйесі телескоптың ең маңызды бөлігі болды, сондықтан оларға ерекше қатал талап қойылды. Әдетте телескоп айналарының өтімдігі көрінетін жарықтың толқын ұзындығы шамамен оннан бірі болып дайындалса, бірақ ғарыштық телескоп ультракүлгін немесе инфрақызылға дейін дерлік диапазонда бақылауға арналғандықтан, айыру қабілеттілігі жердегі құрылғылардікінен он есе үлкен болуы керек, оның негізгі айнасы өтімдігі көрінетін жарық толқын ұзындығының 1/20, немесе шамамен 30 нм болатын болды.

«Перкин-Элмер» компаниясы белгілі пішінді айналар жасау үшін сандық бағдарламалық басқарулы станокты пайдалануға ниетті болған. «Кодак» компаниясы дәстүрлі жылтырлату технологияларын пайдаланып қосымша айна жасау үшін контракт алған, егер әлі іс жүзінде тексерілмеген технологиялармен анау-мынау болып қалған жағдайлар үшін («Кодак» компаниясы жасаған бұл айна қазіргі кезде Смитсон институты мұражайында тұр). Негізгі айнаны жасау жұмыстары 1979 жыл басталды, жасауға жылулық ұлғаю коэффициенті өте төмен әйнек пайдаланылды. Салмағын азайту үшін айна екі бөліктен — ұялы торлы құрылыммен қосылған төменгі және жоғарғы бөлімдерден тұрды.
Айнаны жылтырату жұмыстары 1981 жыл мамырына дейін жалғасты, алғашқы мерзімінен ұзақ, оның үстіне бюджеті де бастапқы межеден әжептәуір асып кетеді. НАСА сол мерзімдегі өз есеп-қисаптарында «Перкин-Элмер» компания басшыларының біліктілігі мен осындай маңызды жобаны сәтті аяқтауына күмән тудырады. НАСА қаражатты үнемдеу мақсатында қосымша айнаға тапсырынан бас тартып ұшыру уақытында 1984 жылдың қазан айына шегереді. Жұмыстар толықтай 1981-жыл аяғында алюминийден шағылдыру қабатын қалыңдығы 75 нм етіп боялған соң және магний фторидынан жасалған қалыңдығы 25 нм қоғаныс қабатын жаққаннан кейін бітеді.

Осыған қарамастан, «Перкин-Элмерге» күмән әлі болды, себебі оптикалық жүйенің басқа бөлшектерінің жасалып біту мерзімі ылғи шегеріліп, ал бюджеті өсіп отырды. Компаниның жіберіп отырған жұмыс кестесін НАСА «анықталмаған және күнде өзгеріп тұратын» деп сипаттап телескоп ұшырылу уақытын 1985 жылдың сәуір айына созды. Соған қарамастан мерзімдері созыла берді, орта есеппен әр тоқсанда бір айға шегерілді, ал бітуге жақындағанда күн сайын бір күнге шегерілді. НАСА тағы екі мәрте ұшыру мерзімін созуына тура келді, басында наурызға, артынша 1986 жылдың қыркүйекке. Сол уақытта жобаның жалпы бюджеті 1,175 млрд долларға дейін өсіп үлгерді.

Ғарыштық аппарат

Келесі күрделі инженерлік жұмыс телескоп пен басқа құрылғыларын ғарыштық кеме жасау болды. Құрылғыларды күннің тікелей жарығындағы ыстықтан және жердің көлеңкесіндегі суық салдарынан тұрақты түрде температураның құбылуынан қорғау және телескопты ерекше дәл бағыттау негізгі талаптарды құрады. Телескоп жеңіл алюминий капсулына орнатылды, бұл капсула тұрақты температура қамтасыз ететіндей көп қабатты термоизоляциямен қапталды. Көмірпластиктен тұратын ішкі кеңістіктік рама капсула қаттылығы мен құралдардың нық орнатылуын қамтамасыз етті.

Ғарыштық аппарат дайындау оптикалық жүйеге қарағанда сәттірек өткенімен «Локхид» та кестеден ауытқып, бюджеттен де асып кетуге мәжбүр болды. 1985 жылы мамырда алғашқы бюджеттік межеден 30 % асып кетті, ал жоспарлық мерзімнен кешігу — 3 ай. Маршалл ғарыш орталығы мәлімдемесінде компания жұмыс істеу барысында өзі бастама жасамай, НАСА кеңесіне ғана құлақ асатын деп атап көрсетті.

Зерттеулерді үйлестіру және ұшуды басқару

1983 жылы НАСА мен ғылыми қоғамдастық арасындағы кикілжіңнен кейін Ғарыштық телескоп ғылыми институты құрылды. Институтты Университеттердің Астрономиялық зерттеулер ассоциациясы басқарады, ол Балтимор, Мэриленд штатындағы Джон Хопкинс университетінің кампусында орналасқан. Хопкинс университеті — ассоциацияға мүше 32 АҚШ университеттері мен шетелдік ұйымдардың бірі. Ғарыштық зерттеулер ғылыми институты ғылыми жұмыстарды ұйымдастыру мен астрономдардың осы білімдерге қол жетімдігін қамтасыз етуге жауап берген; бұл функцияларды НАСА өз бақылауында қалдырғысы келген, бірақ ғалымдар оларды академиялық мекемелерге беруді жөн көрд.

Еуропа ғарыштық телескоп үйлестіру орталығы 1984 жылы Гархинг, Германия, қаласында құрылып дәл сондай мүмкіндіктерді еуропалық астрономдарға беруді қамтамасыз ететін болады.

Ұшуды басқару Гринбелт қаласында (Мэриленд штаты), ғарыштық телескоп ғылыми институтынан 48 шақырымда орналасқан Годдард ғарыштық ұшыру орталығына жүктелді. Телескоп жұмысын тәулік бойы төрт топ мамандар кезекпен бақылайды. Техникалық қолдау НАСА мен контакттік-компаниялармен Годдард орталығы арқылы іске асады.

Ұшыру және жұмыстың басталуы

Бастапқыда телескопты орбитаға жіберу 1986 жыл қазан айына жоспарланған еді, бірақ «Челленджердің» қаңтардың 28 апатынан кейін «Спейс шаттл» бағдарламасы бірнеше жылға тоқтатылғандықтан ұшыруды басқа уақытқа шегеруше тура келді.

Осы уақыт кезінде телескоп жасанды түрде тазаланған атмосфералы бөлмеде сақталды, ал борттық жүйелері кей бөлшектері қосылып тұрды. Сақтауға да айына 6 млн доллар шығын кетті, сәйкесінше жоба бюджеті де одан ары аса берді.

Мәжбүрлік дер кезінде ұшуды шегеру бірқатар жетілдіруді енгізуге ықпал етті: күн батареялары одан да эффективтісіне ауыстырылса, борттық есептеу кешені, байланыс жүйесі де жетілдіріле түсті, сонымен бірге жемдік қорғаныс қаптамасы құрылымы да телескопқа орбитада қызмет көрсетілуін жеңілдету мақсатында өзгертілді. Оның үстіне, телескопты басқару үшін бағдарламалық қамтамасыздандыру 1986-жылы дайын болмады және іс жүзінде толықтай ұшыру алдында ғана 1990-жылы жазылып бітті.
Шаттлдар қайта ұша бастағанда 1988 жылы ұшыру біржола 1990 жылға көзделді. Ұшыру алдында айна бетінде жиналған шаңды сығылған азотпен тазартылды, ал барлық жүйелері толықтай бір тексеріліп шығады.

Шаттл «Дискавери» STS-31 1990 жылдың сәуірдің 24 ұшырылып, ал келесі күні телескоп есептелген орбитаға шығарылады.

Жобалау барысында алғашқы бюджеті 400 млн болғанымен ақыры жалпы 2,5 млрд доллар кетті. Жобаның жалпы құны 1999 жылғы есеп бойынша АҚШ жағынан 6 млрд доллар және ЕҒА жағынан 593 млн еуро шыққан.

Ұшу кезінде орнатылған құрылғылар

Ұшу кезінде бортқа алты ғылыми құрылғылар орнатылды:

•    Кеңбұрышты және ғаламшарлық камера (Wide Field and Planetary Camera). Камера НАСА-ның реактивті қозғалыс лабораториясында жасалды. Ол астрофизикалық бақылауға маңызды болатын спектр бөліктерін шығаратын 48 светофильтрлерден тұратын жиындармен жабдықталған. Құрылғы әрқайсысы 4 матрицаны қолданатын екі камерамен бөлінген 8 ПЗС-матрицалардан тұрады. Кеңбұрышты камераның шолу бұрышы үлкен болса, ғаламшарлық камераның фокустық арақашықтығы үлкен болған, сондықтан үлкейту мүмкіндігі зор болды.
•    Жоғарғы ажыратылымды Годдард спектрографы (Goddard High Resolution Spectrograph). Спектрограф ультракүлгін диапазонда жұмыс істеуге арналған. Құрылғы Годдард ғарыштық ұшулар орталығында жасалды және спектралдық ажыратылымдар шамалары 2000, 20 000 және 100 000 болатын арада жұмыс істей алады.
•    Көмескі объектілерді түсіру камерасы (Faint Object Camera). Құрылғыны ЕҒА жасады. Камера мақсаты объектілерді ультракүлгін диапазонда жоғарғы ажыратылымда 0,05 с дейін түсіру болып табылады.
•    Көмескі объектілер спектрографы. Мақсаты - Аса көмескі объектілерді ультракүлгін диапазонда түсіру.
•    Жоғарғыжылдам фотометр. Жобалауы мен қаражаты НАСА-дан, ал жасаған Висконсин университеті. Айнымалы жұлдыздар мен жарықтығы өзгеріп тұратын басқа да объектілерді бақылауға арналған. Секундына 10 000 өлшем шамамен 2 % дәлдікпен жасай алады.
•    Дәлдік сенсоры (Fine Guidance Sensors), сонымен қатар ғылыми мақсаттарда пайдалануға болады, астрометрияны миллисекундтық дәлдікпен қамтамасыз етеді. Бұл параллаксты табуға мүмкіндік береді және объектілердің бұрыштық 0,2 миллисекундқа дейін өзіндік қоғалысы мен бұрыштық диаметрі 12 миллисекундқа дейінгі қос жұлдыздың орбитасын анықтауға көмектеседі.

Негізгі айна ақауы

Телескоп жұмысының алғашқы аптасында ақ оптикалық жүйесінің ірі ақауы бар екені белгілі болды. Бейнелердің сапасы жердегі телескоптардыкінен жақсырақ болғанымен «Хаббл» берілген ашықтықты қамтамасыз ете алмай, бейнелер ойдағыдан нашар болды. Нүктелік қайнар көздердің бейнесі радиустары бір секундтық доғадан көбірек болды, ал құрылғы сипаттамасы бойынша фокустыгі 0,1 секундтық диаметрлі шеңбер болуы керек еді.

Бейнелердің саралау көрсеткендей ақаудың негізгі себебі негізгі айнаның пішінінің дұрыс еместігі болды. Бұл осы уақытқа дейінгі жасалған барлық айналар ішіндегі ең дәл есептелген айна болғанына қарамастан, ал өтімдігі көрінетін жарықтың 1/20 толқын ұзындығы болған, оның шет жақтары өте жазыңқы болып дайындалыпты. Берілген бет пішінінен ауытқуы не бары 2 мкм болған, дегенмен нәтижесі өте нашар болды — зор сфералық аберрация, оптикалық ақау (айна шетінен шағылған жарық айнаның ортасынан шағылған жарық фокустелген нүкте емес, басқа жерге фокустелді) .

Ақаудың әсері берілген астрономиялық зерттеу түріне байланысты болды — жоғарғы ажыратылымдық мүмкіндігі бар жарық объектілердің шашыраулары бірегей бақылауларды көруге жеткілікті болды, әрі спектроскопиялары да сонша бұзылған жоқ. Дегенмен, дұрыс фокустелмегендіктен әжептәуір жарық ағынының жоғалуы телескоптың көмескі объектілерді бақылауда қолдану аясын кәдімгідей төмендетті және жоғары сапалы бейне алуға кедергісі болды. Бұл іс жүзінде барлық ғарыштану бағдарламаларын орындау мүмкін болмай қалды деген сөз, себебі аса көмескі объектілерді бақылауды талап еткен.

Ақау себептері

Нүктелі жарық көздерінің бейнелерін саралай келе астрономдар айнаның коникалық тұрақтысы талап етілген −1,00229 мәнінің орнына −1,0139 шамасына тең болып шыққан. Дәл сол санды «Перкин-Элмер» компаниясы пайдаланған нөл-корректорледі (жылтырату бетінің қисықтығын жоғары дәлдікпен анықтайтын құралдар) тексеру арқылы да, сонымен қатар жердегі тексеруден алынған интерферограммаларды саралаудың да нәтижелері осы санды берді.

Hеактивті қоғалыс лабораториясының директоры Лю Аллен (Lew Allen) басқарған комиссия көрсеткендей, ақау негізгі нөл-корректорды монтаждау барысында, өрістік линзасы өз дұрыс орнынан 1,3 мм ауытқып кеткенде пайда болған. Бұл ауытқу құрылғы орнатқан техниктің күнәсінен болды. Ол құрылғының оптикалық элементтерін дәл орнатылуына арналған лазерлік өлшегіш құралмен жұмыс істегенде қателескен, барлығын біткенде ол ойламаған жерден линза мен оны ұстайтын құрылым арасындағы бос саңлауды байқап қалады, ол бұл саңлауға металл шайбаны қоя салады.

Айнаны жылтырату процесі кезінде оны беті екі нөл-корректорлармен тексерілгенде әр қайсысы сфералық аберрацияны дұрыс көрсеткен. Бұл тексерулер әдейі маңызды оптикалық ақауларды табуға жасалған. Сапаны бақылаудан анық нұсқауларға қарамастан, компания өлшеулер нәтижесіне назар аудармай, екі нөл-корректорларден де айнаның идеал пішінін көрсетіп тұрған негізгіге ғана сенген.

Комиссия кінәнің барлығын атқарушыға аударған. Оптикалық компания мен НАСА арасы телескопты жасау барысында, мерзімі шегеріле беретіндіктен және шығыны да көбейе берген соң, қатты суып кетіп еді. НАСА-ның көрсетуінше компания айнамен жұмысын өзінің негізгі бизнесі ретінде қарамай, жұмыс басталғаннан кейін тапсырысты НАСА басқаларға бермейтініне сенімді жүрген. Комиссия компанияны жойқын сынға алғанымен жауапкершіліктің бір бөлігі НАСА-ның өзінде де жатқан, ең алдымен — атқарушының сапасын бақылауын тексеру мен процедураларды бұзуларын дер кезінде тексере алмауда.

Шешім іздеу

Телескоп құрылымы о баста орбитада қызмет көрсетіле алатындай жасалғандықтан ғалымдар 1993 жылы жоспарланған техникалық миссияда іске асырыла алатындай жедел шешім іздей бастады. «Кодак» қосымша екінші айнаны дайындап үлгергенімен, ғарышта оны ауыстыру мүмкін болмады, ал телескопты орбитадан шешіп Жерде айнасын ауыстыру өте қымбат әрі ұзақ болар еді. Айна жоғары дәлдікпен бұрыс пішінге жылтыратылған ақиқат - сол қатеге керісінше, баламалы оптикалық компонент жасап шығару ойын тудырды. Жаңа құрылғы сфералық аберрацияны түзеп телескоп үшін көзәйнектің рөлін атқарар еді.
Құрылғылардың құрылымының айырмашылығына байланысты екі бөлек түзегіш құрылғылар жасау керек болды. Біреуі кеңформатты және ғаламшарлық арнайы айнасы бар, жарықты өзінің сенсорына бағыттайтын камераға арналды, коррекция аберрацияны толықтай компенсация жасайтын басқа пішінді айна арқылы іске асар еді. Сәйкес өзгеріс жаңа ғаламшарлық камераның құрылымына да өзгеріс қарастырылған. Басқа құрылғылар аралық шағылдырғыш беттері болмағандықтан сыртқы түзеткіш құрылғыны талап етті.
Оптикалық коррекция жүйесі (COSTAR)

Сфералық аберрацияны түзету жүйесі COSTAR деп аталды және екі айнадан тұрды, оның бірі ақауды түзеді. COSTAR жүйісін орнату үшін телескоптан құрылғылардың бірін алып тастау керек болды, ғалымдар аса жылдам фотометрды құрбан етуге шешім қабылдады.
Алғашқы үш жыл ішінде түзеуші құрылғылар қойылмай тұрып телескоп көптеген бақылаулар жасады. Соның ішінде, ақау спектроскопиялық өлшеулерге көп әсер етпеді. Ақау салдыранан бас тартылған эсксперименттерге қарамастан, көптеген ғылыми нәтижелерге қол жеткізілді, соның ішінде деконволюция көмегімен бейне суреттер сапасын жақсартатын жаңа алгоритмдер ашылған.

Телескопқа техникалық қызмет көрсету

«Хабблға» қызмет көрсету ашық ғарышқа шығу арқылы «Спейс шаттл» тәрізді көп мәртелік ғарыш кемесімен іске асырылады.
Барлығы төрт рет «Хаббл» телесопына қызмет көрсетілді, оның бірі екі рет ұшу арқылы іске асты.

Алғашқы экспедиция

Ашылған айна ақауы себебінен алғашқы саяхат өте маңызды болып еді, өйткені ол телескопта оптикалық түзету құрылғысын орнатуы керек еді. «Индевор» STS-61 желтоқсанның 2—13 1993 жылы ұшырылды, телескоптағы жұмыс он күн жалғасты. Экспедиция тарихтағы ең күрделі болып табылды, оның аясында бес ұзақ ашық ғарышға шығу іске асты.

Асажылдам фотометр оптикалық түзету жүйесіне алмастырылды, кеңбұрышты және ғаламшарлық камера — жаңа (кеңбұрышты ғаламшарлық камера 2) ішкі оптикалық түзету жүйесі бар модель . Камерада үш квадраттық бұрышпен байланысқан, әрі төртінші бұрышындағы жоғарғы айырымды кіші «ғаламшарлық» матрицасы бар, ПЗС-матрицалары болды. Сондықтан камера суреттері бұдырланған квадратты өзіндік пішінді болды .
Одан басқа, күн батареялары мен батарея жетегін басқару жүйесі, бағдарлау жүйесінің төрт гироскоптары, екі магнитометрлер мен борттық есептеу кешені жаңаланды. Сонымен қатар атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы ауадағы үйкеліс салдарынан биіктігін жоғалтқаны үшін орбитасына түзету жасалды.
1994 жылы қаңтардың 31 НАСА миссия сәттілігі жайлы мәлімдеп, әлдеқайда сапасы жақсырақ алғашқы телескоппен алынған суреттермен таныстырды. Экспедицияның сәттілігі НАСА үшін де, толыққанды маңызды құралға ие болған астрономдар үшін де үлкен жетістік болды.

Екінші саяхат

Екінші техникалық қызмет көрсету 1997 жылы ақпанның 11—21 арасында «Дискавери» STS-82 миссиясы аясында іске асты. Годдард спектрографы мен көмескі объектілер спектрографы ғарыштық телескоп тіркеуші спектрографына () (ағылш. Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) және NICMOS камера және жақын инфрақызыл диапазонының мульти-объектілі спектрометріне (ағылш. Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, NICMOS) ауыстырылды.
NICMOS 0,8-ден бастап 2,5 мкм-ге дейінгі инфрақызыл диапазонда бақылау мен спектрометрия жасай алады. Қажет төменгі температура алу үшін құрылғының детекторы Дьюар ыдысына салынған және сұйық азотпен суытылады.

STIS жұмыс диапазоны 115—1000 нм және екіөлшемді спектрография алуға мүмкіндік береді, яғни көру нысанындағы бірнеше объектілердің спектрін бір уақытта алуға болады деген сөз.

Сонымен қатар борттық регистратор ауыстырылды, жылу изоляциясы қайта жөндеуден өтті және орбита коррекциясы жасалды.

Үшінші экспедиция (A)

3A экспедициясы («Дискавери» STS-103) желтоқсанның 19—27 1999 жылы, үшінші сервистік қызметтің жұмыстарын жедел істеу туралы шешім қабылданғаннан кейін іске асырылды. Бұл алты гироскоптың үшеуі істен шыққандықтан болды. Төртінші гироскоп ұшу алдында бірнеше апта бұрын істен шығып телескопқа бақылау жұмысын істеткізбей жарамсыз етті . Экспедиция барлық алты гироскопты, дәл бағыттау датчигі мен борттық компьютерді ауыстырды. Жаңа компьютер Intel 80486 процессорының арнайы қолданымын —радиацияға жоғары төзімдісін пайдаланды. Бұл борттық жүйенің көмегімен алдында жерде істелетін есептеулердің біразын ғарышта іске асыруға мүмкіндік берді.
Үшінші экспедиция (B)

3B экспедициясы, «Колумбия» STS-109 ұшуымен, (төртінші миссия) 2002 жылы наурыздың 1—12 аралығында өтті. Экспедиция барысында көмескі объектілерді түсіретін камера жетілдірілген бақылау камерасына (Advanced Camera for Surveys) (ағылш. Advanced Camera for Surveys, ACS) ауыстырылды және инфрақызылаймақ диапазонды Камера мен 1999 жылы сұйық азоты біткен спектрометр жұмысы қайта қалпына келтірілді.

Күн батареялары екінші рет ауыстырылды. Жаңа панелі үштен бірге ауданы бойынша кішірек болып атмосферадағы үйкелістік шығынды әлдеқайда азайтты, оның үстіне 30 % көбірек энергия өндіріп обсерватория бортындағы барлық құрылғылармен бір уақытта жұмыс істей алатын болды. Сонымен қатар энергия үлеструші де ауыстырылды, бұл ұшырылғалы алғашқы рет бортта электрді толықтай бірінші рет өшіруге алып келді .

Жасалған жұмыстар телескоп мүмкіндіктерін айтарлықтай кеңейтті. Екі жаңа құрылғылар — ACS пен NICMOS терең ғарыштың суретін алуға мүмкіндік берді.

Төртінші экспедиция

Төртінші экспедиция барысындағы қайта жөндеу жұмысы.

Бесінші әрі соңғы техникалық қызмет (SM4) 2009 жылы мамырдың 11—24 «Атлантис» STS-125 миссиясы аясында жүзеге асты. Жөндеу жұмыстары үш дәл бағыттау датчиктерінің біреуін, барлық гироскоптарды ауыстыру, жаңа аккумуляторларды, мәліметтерді форматтау блогын орнату мен жылуизоляцияны жөндеуді қамтыды. Сонымен бірге жетілдірілген бақылау камерасы мен тіркеуші спектрографтың жұмыс істеу қабілеттері қалпына келітіріліп, жаңа құрылғылар орнатылды.

Пікірталастар

Келесі экспедиция 2005 жылғы ақпанға жоспарланған, бірақ «Колумбия ғарыш кемесінің» 2003 жылы наурыздағы апатынан кейін белгісіз уақытқа дейін шегеріліп «Хабблдың» ары қарай жұмыс істеуін неғайбыл етті. Тіпті шаттлдердің ұшырылуы қайта жанданғанның өзінде миссиядан бас тартылған, себебі ғарышқа ұшқан әр кеме ақау болып қалған жағдайда ХҒС-на жету мүмкіндігі болуы шарт деген шешім қабылданған, ал орбиталарының көлбеулігі мен биіктіктеріндегі үлкен айырмашылықтарынан шаттл телескопқа барғаннан кейін станцияға келе алмаушы еді.

Конгресс пен қоғамның телескопты құтқару шараларын іске асыру талаптарының қысымынан 2004 жылы қаңтардың 29 О’Киф Шон(Sean O'Keefe), сол кездегі НАСА администраторы телескопқа деген экспедицияны болдырмауды қайта зерттейтінін мәлімдеді.

2004-жылы шілденің 13 АҚШ ұлттық ғылым академиясы ресми комиссиясы айқын қауіпке қарамастан телескопты құтқару керек деген кеңес береді, сөйтіп тамызыдң 11 О’Киф Годдард орталығына робот арқылы телескопқа қызмет көрсету жайлы нақты ұсыныс жасауды бұйырады. Жоспар зерттелгеннен кейін «техникалық жүзеге асырыла алмайтын» деп мойындалады.

2006 жылы қазанның 31 НАСА жаңа администраторы Майкл Гриффин телескопты жетілдіру мен жөндеуге соңғы миссияға дайындық басталғанын мәлімдеді.
Жөндеу жұмыстары

Жөндеу басталмай тұрып бортта телескпоқа бармай жөнделмейтін көптеген ақаулар жиналып қалған еді: тіркеу спектрографтың (STIS) қосымша қуатпен қамтасыз етер жүйесі істен шыққан, соның нәтижесінде STIS 2004 жылы өз жұмысын тоқтатқан еді, ал ACS тек жартылай жұмыс істеген. Ориентация жүйесінің алты гироскоптарының төртеуі ғана істеп тұрды. Оның үстіне телескоп никель-сутекті аккумуляторларының ауыстырылуын талап етті.

Жөндеу нәтижесінде ақаулар толықтай жойылды, ал «Хабблда» екі мүлдем жаңа құрылғы қойылды: Ғарыштық Спекрограф (Cosmic Origin Spectrograph) (ағылш. Cosmic Origin Spectrograph, COS) COSTAR жүйесінің орнына орнатылды. Борттағы сол кездегі құрылғыларға негізгі айнаның дефекттерін түзегіш құралдары іштей орнатылғандықтан жүйе керек болмай қалды. Кеңауқымды камера WFC2 жаңа — WFC3 моделіне (ағылш. Wide Field Camera 3) ауыстырылды, ал ол үлкен айырымдық пен сезімталдықпен ерекшеленеді, әсіресе инфрақызыл және ультракүлгін диапазондарда.

Осы миссиядан кейін телескоп «Хаббл» орбитада өз жұмысын кем дегенде 2014-жылға дейін жұмыс істеуі керек деп күтілген.

Жетістіктері

Жаратылыс тіректері —телескоп түсірген әйгілі суреттердің бірі. Бүркіт тұмандығындағы жаңа жұлдыздардың пайда болуы.
15 жыл бойғы жұмысы барысында жер маңы орбитасындағы «Хаббл» 22 мың аспан денелерінің — жұлдыздар, тұмандықтар, галактикалар мен ғаламшарлардың 1 млн суреттерін түсірген. Бақылау барысындағы күн сайынғы ақпарат ағыны 15 ГБ құрайды. Телескоптың жалпы жұмысы кезіндегі барлық ақпарат көлемі 20 терабайттан асып жығылады. 3900-дан астам астрономдар оны зерттеуге падалануға мүмкіндік алды, 4000 мақала ғылыми журналдарда жарық көрді. Орташа алғанда, астрономиялық мақалардың цитаттау индексі басқа деректерге негізделгендердікінен екі есе артық екені анықталған. Жыл сайынғы ең көп дәйектелетін 200 мақалалардың кемінде 10 %-і Хаббл мағлұматына негізделіп жасалған мақалалар. Нөлдік цитаттау индексі бар астрономиядағы 30 % еңбектерінің тек қана 2 % ғарыштық телескоп ақпаратына негізделіп жарық көрген еңбектер.
Әйтсе де, «Хаббл» жетістіктері үшін төлетін құны орасан зор: әр түрлі телескоптардың астрономия дамуына әсерін зерттеу көрсеткендей ғарыштық телескоп негізіндегі еңбектер цитаттау индексі жердегі 4 метрлі айнасы бар рефлектордікінен 15 есе көбірек болғанымен ғарыштық телескопты ұстауға 100 еседен де артық қаражат керек екен.

Ең маңызды бақылаулар

•    Бикеш шоғырындағы Цефеидке дейінгі қашықтықты өлшеу арқылы Хаббл тұрақтысының мәні айқындалды. Орбиталдық телескоп бақылауына дейін бұл тұрақтының мәнінің дәлсіздігі 50 % деп есептелсе, бақылаудан кейінгі дәлсіздігі 10 % болды.
•    «Хаббл» жоғары сапалы Шумейкеров — Леви 9 кометасы мен Юпитер ғаламшарымен соқтығысуының суретін 1994 жылы түсіріп берді.
•    Алғашқы рет Плутон және Эрида бетінің картасы жасалды.
•    Алғашқы рет Сатурндағы, Юпитер мен Ганимедтегі полярлық шұғыла ультракүлгін сәулесі бақыланды.
•    Күн жүйесінен тыс ғаламшарлар жайлы қосымша деректер алынды, соның ішінде спектрометриялық мағлұматтар да.
•    Ориона тұмандығындағы жұлдыздар айналасынан көптеген проғаламшарлық дисктер табылды. Біздің галактикадағы жұлдыздардың басым бөлігінде ғаламшарлар түзілу процесі жүріп жатқандығы дәлелденді.
•    Жоғарымассивті галактикалардың орталықтарындағы қара тесіктер жайлы теория жартылай құпталды, осы бақылаулар негізінде қара тесіктер массасы мен галактикалар қасиеттерін байланыстыратын гипотеза ұсынылды.
•    Квазарларды бақылау нәтижесінде қазіргі үдеумен кеңейетін, қара энергиямен толы ғаламның космологиялық моделі алынды, әрі ғаламның жасы дәлірек анықталды — 13,7 млрд жыл.
•    Гамма-жарқылдың оптикалық диапазондағы эквиваленті бар екендігі табылды.
•    1995 жылы «Хаббл» бірнеше мың көмескі галактикасы бар аспанның өлшемі аспанның 30 миллионнан бірі болатын (Hubble Deep Field) бөлігін бақылады. Осыны аспанның басқа жеріндегі бөлікпен (Hubble Deep Field South) салыстырғанда ғаламның изотроптығы жорамалы қуатталды.
•    2004 жылы эффективті үзіндісі шамамен 106 секунд (11,3 тәулік) болатын аспанның (Hubble Ultra Deep Field) бөлігі түсірілді, бұл өз кезегінде алыс галактикаларды алғашқы жұлдыз пайда болған дәуірге дейін одар әрі зерттеуге мүмкіндік берді. Алғашқы рет протогалактикалардың, Үлкен жаралыстан кейін миллиард жылдан аз уақытта пайда болған алғашқы материя ұйытқылары бейнелері түсірілді.

Телескопқа қол жету

Кез келген адам немесе ұйым телескоппен жұмыс істеуге арыз бере алады — ұлттық немесе академиялық шектеу жоқ. Бақылау уақытында бәсеке өте жоғары, әдетте барлық арыз берілген уақыт қосындысы шынымен мүмкін болатын уақыттан 6—9 есе артық.

Hubble Ultra Deep Field бағдарламасы аясында алынған суретте жүздеген галактикалар, ең қызыл және көмескілері үлкен жарылыстан 800 млн жылдан кейін түзілген.
Бақылауға сайыс шамамен жылына бір рет орындалады. Арыздар бірнеше санаттарға бөлінеді:

•    Жалпы бақылаулар (ағылш. General observer). Бұл санатқа кәдуілгі процедулар мен ұзақ бақылауларды талап ететін арыздардың басым көпшілігі жатады.
•    Блиц-бақылаулар (ағылш. Snapshot observations), телескопты бағыттауды есептегенде 45 минуттан аспайтын бұл бақылаулар жалпы бақылаулар арасын толтыруға мүмкіндік береді.
•    Шұғыл бақылаулар (ағылш. Target of Opportunity) шектеулі, алдын ала белгілі уақыт аралығында бақылана алатындар.
Сонымен қатар, бақылаулардың 10 % уақыты « Ғарыштық телескоп ғылыми институтының директорының резервті уақыты» болып бекітілген[94]. Астрономдар резервті пайдалануға кез келген кезде арыз бере алады, әдетте ол жоспарланбаған қысқа мерзімді Су жаңа жұлдыз жарылысы сияқты құбылыстарды бақылауға пайдаланылады. Терең ғарышты Hubble Deep Field және Hubble Ultra Deep Field бағдарламары бойынша түсіру сол директорлық резервпен іске асты.
Алғашқы бірнеше жылдарда резерв уақытының бір бөлігі астроном-әуесқойларға берілді. Олардың арыздарын ең танымал астроном-бейкәсіпқойлардан тұратын комитет қарастырды. Арыздарға негізгі талаптар - зерттеудің ерекшеліктігі мен кәсіпқой астрономдардың зерттеу тақырыптарымен беттеспеулігі. Жалпы алғанда, 1990 жыл мен 1997 жыл арасында астроном-әуесқойлардың бағдарламаларымен 13 бақылау іске асқан. Бірақ кейінірек институт бюджеті азаюына байланысты бейкәсіпқойларға бақылау уақытын беру тоқтатылды.

Бақылауларды жоспарлау

Бақылауларды жоспарлау өте қиын тапсырма болып табылады, себебі көптеген факторларды есепке алу керек:

•    Телескоп қызмет көрсетілу талабы үшін төменгі орбитада болғандықтан телескоптың айналу уақытының жартысына жуық уақыт аралығында астрономиялық нысандардың басым көпшілігі Жердің көлеңкесінде қалып қояды. Орбита жазықтығына 90° бағытталған «ұзақ көріну аймағы» бар, бірақ орбитаның прецессиясы салдарынан дәл бағыты сегіз апталық периодпен өзгереді[98].
•    Аса жоғары радиация себебінен телескоп Оңтүстік-Атлантикалық аномалия үстімен ұшқанда бақылау жасай алмайды.
•    Оптикалық жүйеге күн жарығы тікелей тимеу үшін ең аз Күннен алшақтау шамамен 50° құрайды, әйтпегенде, мысалы Меркурийді бақылау мүмкін емес болар еді, ал тікелей Айды және Жерді бақылау дәл бақыттау құрылғыларын өшіргенде ғана мүмкін болады.
•    Телескоп орбитасы тығыздықтары уақытпен бірге өзгеріп отыратын атмосфераның жоғарғы қабаттарында болғандықтан телескоптың орнын дәл есептеу мүмкін емес.

Алтыапталық есептеу болжамы қатесі 4 мың шақырымға дейін жетеді. Сондықтан бақылау нысаны белгіленген уақытта көрінбей қалмау үшін бақылаулар дәл кестесі небәрі бірнеше күн бұрын ғана жасала алады.
 

Қысқа да нұсқа. Жазылыңыз telegram - ға