Дефект главного зеркала

Уже в первые недели после начала работы, полученные изображения продемонстрировали серьёзную проблему в оптической системе телескопа. Хотя качество изображений было лучше, чем у наземных телескопов, «Хаббл» не мог достичь заданной резкости, и разрешение снимков было значительно хуже ожидаемого. Изображения точечных источников имели радиус свыше одной телесной секунды, вместо фокусировки в окружность 0,1 секунды в диаметре, согласно спецификации.^[9][10]

Анализ изображений показал, что источником проблемы является неверная форма главного зеркала. Несмотря на то, что это было, возможно, наиболее точно рассчитанное зеркало из когда-либо созданных, а допуск составлял не более 1/20 длины волны видимого света, оно было изготовлено слишком плоским по краям. Отклонение от заданной формы поверхности составило лишь 2 микрометрa, но результат оказался катастрофическим — сильная сферическая аберрация, оптический дефект, при котором свет, отражённый от краёв зеркала, фокусируется в точке, отличной от той, в которой фокусируется свет, отражённый от центра зеркала.

Влияние дефекта на астрономические исследования зависело от конкретного типа наблюдений — характеристики рассеяния были достаточны для получения уникальных наблюдений ярких объектов с высокой разрешающей способностью, и спектроскопия также практически не пострадала. Тем не менее, потеря значительной части светового потока из-за расфокусировки значительно уменьшили пригодность телескопа для наблюдений тусклых объектов и получения изображений с высокой контрастностью. Это означало, что практически все космологические программы стали просто невыполнимыми, поскольку требовали наблюдений особо тусклых объектов.

Servicing missions and new instruments

[edit]

Astronauts installing corrective optics during SM1

 

Improvement in Hubble images after SM1

Astronauts replacing gyroscopes during SM3A

 

Hubble on the payload bay just prior to release during SM3B

Main article: STS-61

Техническое обслуживание телескопа

Обслуживание «Хаббла» производится во время выходов в открытый космос с космических кораблей многоразового использования типа «Спейс Шаттл».

Всего были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа «Хаббл»:

Servicing Mission 1

28. The telescope had always been designed so that it could be regularly serviced, but after the problems with the mirror came to light, the first servicing mission assumed a much greater importance, as the astronauts would have to carry out extensive work on the telescope to install the corrective optics. The seven astronauts selected for the mission were trained intensively in the use of the hundred or so specialized tools which would need to be used.^[59] The mission STS-61 of the Space Shuttle Endeavour took place in December 1993, and involved installation of several instruments and other equipment over a total of 10 days.17.39

29. 17 40 Most importantly, the High Speed Photometer was replaced with the COSTAR corrective optics package, and WFPC was replaced with the Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) with its internal optical correction system. In addition, the solar arrays and their drive electronics were replaced, as well as four of the gyroscopes used in the telescope pointing system, two electrical control units and other electrical components, and two magnetometers. The onboard computers were upgraded, and finally, the telescope's orbit was boosted, to compensate for the orbital decay from 3 years of drag in the tenuous upper atmosphere. 17.46

On January 13, 1994, NASA declared the mission a complete success and showed the first of many much sharper images. The mission had been one of the most complex ever undertaken, involving five lengthy periods of extravehicular activity and its resounding success was an enormous boon for NASA, as well as for the astronomers who now had a fully capable space telescope. 17.53

Servicing Mission 2

31. Servicing Mission 2 Discovery (STS-82) in February 1997 replaced the GHRS and the FOS with the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) and the Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS), replaced an Engineering and Science Tape Recorder with a new Solid State Recorder, repaired thermal insulation and again boosted Hubble's orbit.^[62] NICMOS contained a heat sink of solid nitrogen to reduce the thermal noise from the instrument, but shortly after it was installed, an unexpected thermal expansion resulted in part of the heat sink coming into contact with an optical baffle. This led to an increased warming rate for the instrument and reduced its original expected lifetime of 4.5 years to about 2 years.^]18. 56

Servicing Mission 3A

Servicing Mission 3A Discovery (STS-103) took place in December 1999, split off from Servicing Mission 3 after three of the six onboard gyroscopes had failed. (A fourth failed a few weeks before the mission, rendering the telescope incapable of performing science observations.) The mission replaced all six gyroscopes, replaced a Fine Guidance Sensor and the computer, installed a Voltage/temperature Improvement Kit (VIK) to prevent battery overcharging, and replaced thermal insulation blankets.^[64] Although the new computer is hardly a powerhouse (a 25 MHz radiation hardened Intel 486 with two megabytes of RAM), it is still 20 times faster, with six times more memory, than the DF-224 it replaced. The new computer increases throughput by moving some computing tasks from the ground to the spacecraft, and saves money by allowing the use of modern programming languages.^[65]19.12