211service.com
Hvorfor Hubble er ulik noen annen satellitt i historien
I dette utdraget fra boken hennes Håndavtrykk på Hubble: An Astronaut's Story of Invention , forteller den første amerikanske kvinnen som gikk i verdensrommet hvordan det var å være en del av teamet som designet og lanserte romteleskopet. 19. november 2019
Håndavtrykk på Hubble bokomslag MIT Press
Du kan si at vi vokste opp sammen, Hubble og jeg. De fleste sporer Hubbles begynnelse til en rapportere skrevet i 1946 av Princeton-astronomen Lyman Spitzer. Jeg ble født i Paterson, New Jersey, 3. oktober 1951. Etter hvert som jeg vokste gjennom barndommen og tenårene, forsvant Hubble i en tilstand av arrestert utvikling, mens teknologiene i den nye romalderen modnet nok til å bringe Spitzers visjon inn i det muliges rike. Ved en herlig tilfeldighet begynte vi to den siste delen av reisene våre til verdensrommet på nesten samme tid, med mitt valg av astronaut og Hubbles kongressgodkjenning begge skjedde i 1978.
Hubble er et fantastisk stykke ingeniørkunst. Det som gjør Hubble radikalt forskjellig fra alt som er bygget før eller siden, er at den ble designet for å kunne vedlikeholdes av to personer i store romdrakter mens de kretser hundrevis av miles over jorden. Det er som å jobbe på bilen mens du har på deg en oppblåsbar sumobryterdress og boksehansker, med den ekstra vrien at verktøyene dine flyter bort hvis du slipper dem.
Prinsippene for vedlikeholdbar design er enkle som er kjent for alle som noen gang har gjort det minste av hjemme- eller bilreparasjoner: ting er lettere å reparere når utformingen av deler er enkel og ryddig, ingen sunne enheter trenger å bli forstyrret for å få ved den defekte enheten er festene og koblingene standardiserte, og det trengs få unike verktøy. Hvordan fant en gjeng med mennesker som aldri hadde vært i bane eller brukt romdrakt hva vedlikeholdbart betydde i et mikrogravitasjonsmiljø, og deretter inkorporerte alt dette i teleskopets design?
To innovasjoner gir gode eksempler på det oppfinnsomme og krevende arbeidet som ble utført i de tidlige stadiene av Hubbles design. Vanskeligheten med å betjene Hubble satte en svært høy premie på å forenkle verktøygrensesnitt for effektivitet og redusere kostnadene forbundet med å sette seg i gang.
Designer Henry Ford (ingen relasjon til bilfamilien) bestemte seg for å takle den første av disse ved å begrense utvalget av festemidler som brukes på teleskopet. Han satte i gang på jakt etter den minste mulige bolten som hadde den nødvendige høystrekkfastheten og et rimelig bruddmoment. På vanlig engelsk betyr det en bolt som er sterk nok til å tåle det han tippet kreftene ville være under en skyttelskyting (skyttelen var fortsatt på tegnebrettene, så det var ingen faste data), men ikke for vanskelig å løsne med en skiftenøkkel . Ford slo seg til ro med en spesiell høystyrkebolt med et sekskantet hode på 7/16-tommers dobbel høyde, og begynte sin søken med elektronikkinstallasjonsteamet. Dette teamets jobb hadde alltid vært å sørge for at ingen elektronikkboks noen gang løsnet fra festene; å fjerne bolter i bane hadde aldri falt dem inn. Etter flere runder med argumentasjon og analyser ble de enige om å bruke hans valgte bolt på alle enhetene deres. Deretter gikk Ford til mekanismeteamet, ansvarlig for ting som solcellepanelet og antennehengsler og låser, og til slutt teamet for vitenskapelige instrumenter. Da han var ferdig, hadde han samlet inn de tekniske dataene som trengs for å bevise at bolten var egnet for alle bruksområder og hadde forpliktelsen til å bruke den fra hvert systems ledende ingeniør. NASA ville senere gjøre dette til standardbolten på romfergen og romstasjonen for alt som kan repareres i en romvandring, eller EVA [ekstravehicular aktivitet].
Tom Fishers oppfinnelse tok sikte på tiden involvert i forberedelse av arbeidsplassen. Han kjente de 38 EVA-arbeidsstedene på teleskopet bedre enn noen andre, etter å ha laget for hånd de nøyaktige og detaljerte tekniske tegningene av hvert sted og kroppsposisjonene som ville tillate passende astronauter å nå og betjene alle vedlikeholdsarmaturer. Fisher så behovet for en bærbar EVA-arbeidsplattform, kjent som en fotstøtte, som var mer allsidig enn den enkle NASA så for seg å bruke.
En bærbar fotstøtte er for astronauter hva tyngdekraften er for jordbundet mekanikk: tingen som lar dem forankre føttene slik at de kan utøve innflytelse eller bruke kraft på verktøyene sine. Prøv å skru en bolt i rommets mikrogravitasjon uten fotstøtte, og du vil oppdage at den frittflytende kroppen din snur seg i stedet. Tidlige fotstøtter var i utgangspunktet plater på stenger. De ble designet for å stikke rett ut fra strukturen de var festet til. Fotplaten kunne bare vippe i én akse og kunne ikke justeres mens den var i bruk. Fisher kom på ideen om å legge til pedaler på fotplaten slik at astronauter kunne snu kroppen med et trykk på en støvel. Vi ville foredle Fishers første konsept gjennom en rekke nøytrale oppdriftstester som startet i 1985, og til slutt produsere en svært allsidig enhet som fløy på hvert Hubble-oppdrag og nå er i bruk ombord på den internasjonale romstasjonen.
De første to minuttene og 15 sekundene var turen turbulent og høylytt, som å være i en vill kombinasjon av jordskjelv, rockekonsert og jagerfly. Vibrasjonene var nesten beinraslende; støtet presset oppover gjennom ryggen min sterk og konstant. Jeg kjente at trykket avtok, hørte Charlie rapportere at de solide rakettene brant ut som forventet, og så hørte jeg dunk som kunngjorde at de var kastet ut. Nå virket turen rolig og jevn som et elektrisk tog. Da motorene stoppet seks minutter senere, bekreftet lettheten i lemmene og sjekklistene som fløt på enden av tjorene at jeg var tilbake i bane. Jeg følte meg umiddelbart hjemme.
Lettheten i lemmene og sjekklistene som fløt på enden av tjorene bekreftet at jeg var tilbake i bane, jeg var tilbake i bane. Jeg følte meg umiddelbart hjemme.
Vi avsluttet vår første dag i bane i høyt humør. Robotarmen fungerte bra, teleskopet viste ingen tegn til skade fra de harde oppskytningskreftene, og romdraktene våre sjekket ut perfekt.
Hubble-deployeringsdagen for oss begynte med en helt forglemmelig vekkelsesmelodi og rutinemessige start-på-dagen-oppgaver: kle på deg, ta en matbit, gå gjennom morgenmeldingspakken, oppdater skyttelbussens navigasjonsdata, og sørg for at alle våre midtdekk-eksperimenter kjørte skikkelig. Den nøye utformede utplasseringsplanen begynte å slite så snart Steve begynte å løfte teleskopet ut av lasterommet. Spilleplanen for utplassering av teleskopets vedlegg, som solarrayene og antennene ble kalt, begynte å rakne opp. Nesten hvert trinn i denne planen avslørte at bakkekontrollteamet ved Space Telescope Operations Control Center ikke fullt ut hadde satt pris på kompleksiteten til Hubbles systemer og slet med å takle tempoet og stresset i romfartsoperasjoner i den virkelige verden.
Våre høye forhåpninger om et spektakulært første bilde fra Hubble braste ned til jorden noen uker senere, da verden fikk vite at det mange milliarder dollar-romteleskopet vi nettopp hadde satt i bane hadde uklart syn. Charlie og Steve brukte mange lange uker på å bekymre seg for at de kunne ha forårsaket dette ved å støte på teleskopet mens de løftet det forsiktig ut av skyttelbussens lasterom. De må ha vært de eneste to menneskene på jorden som var lettet over å høre at Hubbles 96-tommers diameter primære speil hadde feil form. Det var for flatt ved omkretsen med 0,0001 tomme, som er omtrent 1/25 av diameteren til et menneskehår eller 1/40 av tykkelsen på en typisk innbundet bokside.
Dette var utrolige nyheter, en utenkelig feil. En flodbølge av sjokk og angst feide over NASA og Hubble-vitenskapsmiljøet. Kongressen og media brøt ut i raseri. Smerten ble skrevet tydelig på de aske ansiktene til NASA-tjenestemenn som ga nyhetene til offentligheten.
De må ha vært de eneste to menneskene på jorden som var lettet over å høre at Hubbles 96-tommers diameter primære speil hadde feil form.
Å lansere det første vedlikeholdsoppdraget to til tre år etter utplasseringen hadde lenge vært planen, men ingen hadde noen gang forestilt seg at Hubble-oppdragets liv skulle henge i en tynn tråd den aller første tiden ut.
Som så ofte er tilfellet, var trikset for å finne en løsning å omforme problemet. Måtte virkelig speilet fikses? Tenk i stedet at den virkelige utfordringen var å korrigere lyset som det reflekterte inn i instrumentene? En lykkelig omstendighet - den ensomme lille biten av gode nyheter i en ellers virkelig forferdelig fiasko - antydet at dette kunne være mulig. Speilets form var riktignok feil, men det var nøyaktig feil. Dette betydde at ingeniørene kunne beregne svært nøyaktig forskjellen mellom dens faktiske form og formen den var ment å være. Denne informasjonen kan deretter brukes til å beregne korreksjonen som vil gjenopprette teleskopets syn, omtrent som en optiker bestemmer formen på de reseptbelagte linsene som trengs for et par briller.
I oktober hadde teamet konturene av en gjenopprettingsplan i hånden. Et av de fire store vitenskapelige instrumentene i Hubbles bakre ende ville bli erstattet med en identisk boks som inneholder den korrigerende optikken - små speil i Hubbles tilfelle, i stedet for linser. Disse speilene ville gi riktig fokusert lys til teleskopets veiledningssensorer og de tre gjenværende instrumentene. Lignende speil ville bli bygget inn i erstatningsenheten for Hubbles hovedavbildningsinstrument, Wide Field/Planetary Camera, som allerede var under konstruksjon.
Fire andre skyttelmannskaper ville besøke Hubble i løpet av de neste 16 årene. Hvert serviceoppdrag forbedret de eksisterende metodene og oppfant nye enheter for å takle stadig mer komplekse reparasjoner, men alle stolte sterkt på verktøyene og utstyret produsert av det originale teamet. Ved det fjerde oppdraget gjorde Hubble-reparasjonsteamene ting vi aldri ville ha tenkt på tilbake i 1990, som å ta lokket av et delikat vitenskapelig instrument montert bare noen få meter under hovedspeilet for å bytte individuelle kretskort.
Mens de utførte sine viktige oppgaver, satte de romvandrende astronautene som vedlikeholdt teleskopet sine håndavtrykk på dens ytre hud.
I løpet av de fem vedlikeholdsoppdragene ville 16 romvandrere bruke totalt 165,8 timer – bare seks minutter unna syv hele dager – på å sykle på skyttelens robotarm eller klatre rundt teleskopet. Takket være disse oppdragene er teleskopet i dag et langt bedre instrument enn det vi først satte inn 25. april 1990. Dets pålitelighet, datalagring og dataoverføringshastigheter steg etter hvert som romfergemannskaper erstattet den originale 70-tallselektronikken med statlig -of-the-art solid-state komponenter.
En tredobling av følsomheten gjør at den kan se dypere inn i universet. Hubbles kameraer er 100 ganger bedre i dag enn de var i begynnelsen, og spektrografene er 10 ganger bedre. Alle disse fremskrittene gjorde det mulig for Hubble å måle ekspansjonshastigheten til universet, kjent som Hubble-konstanten, nesten fem ganger mer presist enn preflight-designmålet, og å bli anerkjent som det mest produktive observatoriet som noen gang er bygget.
I hovedsak er alt som gjenstår av Hubble-en vi bar opp i 1990, de to speilene og målestolen som holder dem, de gule EVA-rekkverkene og fotstøtten, og den skinnende sølvfargede ytre huden som gjør denne praktfulle flyvemaskinen så lett å få øye på når den passerer over hodet i skumringen. Den sølvhuden glitrer mye mindre enn den gjorde den dagen jeg så Hubble første gang i april 1985. Mye av forfallet skyldes ganske enkelt det harde miljøet i verdensrommet. Alle satellitter forvitrer mens de bombarderes konstant av mikrometeoroider, biter av romavfall, intens stråling og de ladede partiklene i solvinden. Hubble er alene blant satellitter om å bli påvirket av en annen forvitringskraft: menneskelig kontakt. Mens de utførte sine viktige oppgaver, satte de romvandrende astronautene som vedlikeholdt teleskopet sine håndavtrykk på dens ytre hud.
Disse synlige håndavtrykkene er som toppen av et isfjell, dramatiske hint av en større masse som er ute av syne. For meg symboliserer de de utallige jordbundne hendene som designet vedlikeholdsmuligheter i teleskopet, bygde verktøyene og utstyret som trengs for å gjøre service i bane til en realitet, trente flybesetningene og jobbet like utrettelig med hvert oppdrag som astronautene selv. Hver av disse usungne menneskene kan med rette hevde at de også har etterlatte håndavtrykk på Hubble.
Kathryn D. Sullivan er en NASA-astronaut (pensjonert), tidligere underminister for handel for hav og atmosfære i National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), og innsatt i Astronaut Hall of Fame. Dette essayet er tilpasset og utdrag fra boken hennes, Håndavtrykk på Hubble: An Astronaut's Story of Invention , som er publisert 19. november 2019 av MIT Press.