Космический телескоп Хаббл скоро отметит свое 35-летие. Фото предоставлено: НАСА
Представьте себе, что вы направляете лазерный луч на пенни, находящийся на расстоянии 200 миль. А теперь представьте, что вы делаете это 24 часа подряд, катаясь на карусели. Это звучит сложно? Именно это и делает космический телескоп Хаббл.
После нескольких месяцев технических проблем НАСА объявило 4 июня, что Хаббл перейдет в режим одного гироскопа. По сути, это означает, что телескопу нужно полагаться только на один из нескольких гироскопов — устройств, измеряющих ориентацию объекта в пространстве, — которые он обычно использует для отслеживания объектов в космосе.
Телескоп Хаббл, названный в честь астронома Эдвина Хаббла, был запущен на низкую околоземную орбиту в 1990 году. Здесь он находится над атмосферой Земли, мешая наблюдениям наземных телескопов. За три десятилетия работы он предоставил нам потрясающие изображения далеких галактик и позволил ученым приблизиться к зарождению Вселенной.
Хаббл делает четкие изображения звезд в высоком разрешении, находящиеся на расстоянии миллиардов световых лет. Чтобы собрать достаточно фотонов (частиц света) для получения высококачественного изображения, она по сути действует как очень медленная камера. Он сохраняет свою апертуру, то есть отверстие в объективе, пропускающее свет, открытой на срок до 24 часов для съемки одного изображения.
Любой, кто когда-либо делал фотографию с длинной выдержкой, знает, как сложно избежать размытия изображения. Хаббл доводит это до крайности. Он должен оставаться направленным на одну и ту же удаленную точку пространства до 24 часов с точностью до нескольких миллисекунд дуги, где миллисекунда дуги равна 3 600 000 градуса. И он должен сохранять эту точность, вращаясь вокруг Земли со скоростью 17 000 миль в час, несмотря на сильную жару и холод.
Чтобы отслеживать цель и создавать четкие изображения, «Хаббл» использует то, что космические инженеры вроде меня называют системами управления ориентацией. Все космические корабли и самолеты имеют систему ориентации, которая помогает им двигаться в правильном направлении.
Гироскопы работают с датчиками точного наведения и реактивными колесами для управления ориентацией телескопа в пространстве. Изображение предоставлено: НАСА/STSci.
Что вообще такое гироскоп?
Система ориентации состоит из ряда датчиков, которые измеряют ориентацию космического корабля, ряда исполнительных механизмов — двигателей, реактивных колес или гироскопов управления крутящим моментом — которые перемещают космический корабль, и бортового компьютера. Бортовой компьютер получает измерения от датчиков и генерирует команды для исполнительных механизмов.
Гироскоп — это устройство, измеряющее местоположение или ориентацию объекта в пространстве. Другими словами, он измеряет, насколько далеко объект повернулся от фиксированной точки. Чтобы «Хаббл» знал, куда он указывает, чтобы сделать снимок, ему необходимо знать, где он находится в космосе. Для этого требуется как минимум три гироскопа — по одному на ось.
Изначально у «Хаббла» было шесть гироскопов: три основных и три дополнительных. Но после более чем 30 лет пребывания на орбите четыре гироскопа вышли из строя из-за возрастных осложнений.
Из двух оставшихся гироскопов НАСА зарезервировало один в качестве резерва, поэтому Хаббл теперь работает с одним гироскопом. Но если вам нужно как минимум три гироскопа – по одному на ось – чтобы знать, где вы находитесь, как Хаббл сможет определить, где оно находится, с помощью всего лишь одного гироскопа?
Умный ответ инженеров НАСА на самом деле довольно прост: недостающие гироскопы можно заменить другими датчиками телескопа, такими как магнитометры и звездные датчики.
Замена гироскопа
Магнитометры измеряют локальное магнитное поле Земли, которое ученые довольно хорошо понимают. Вы можете использовать магнитометры, чтобы получить приблизительное представление о местоположении относительно известного направления магнитного поля, почти так же, как вы используете компас. Трехосный магнитометр может измерять силу и направление магнитного поля Земли во время движения спутника по орбите, чтобы определить его ориентацию в пространстве.
Или вы можете использовать звездные трекеры или солнечные датчики, которые гораздо точнее магнитометров. Эти датчики используют карту неба и сравнивают то, что они видят, с тем, что указано на карте, чтобы определить, куда они указывают.
Объединив звездные трекеры, солнечные датчики, магнитометры и один гироскоп, «Хаббл» может достичь точности наведения, очень близкой к конфигурации с тремя гироскопами. Однако конфигурация с гироскопом ограничивает скорость, с которой «Хаббл» может отслеживать объекты в космосе.
Хаббл обладает одной из самых точных систем управления ориентацией, когда-либо созданных, и предоставил людям потрясающие изображения ранней Вселенной. Но потеря всех гироскопов, кроме двух, является еще одним свидетельством того, что дни Хаббла сочтены.
Преемник Хаббла, космический телескоп Джеймса Уэбба, был запущен 25 декабря 2021 года. Он расположен на расстоянии 1 609 344 км от Земли в так называемой второй точке Лагранжа (L2).
В этот момент телескоп, Земля и Солнце всегда выровнены, а солнцезащитный козырек телескопа блокирует солнечные лучи. Благодаря этой функции инфракрасная камера может работать и при более низких температурах и обеспечивает изображения значительно лучшего качества.
В то время как открытия телескопа Хаббл проложили астрономам путь к исследованию Вселенной, открытия телескопа Уэбба дадут нам более глубокое понимание космоса, чем когда-либо прежде.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
