Sửa chữa Kính viễn vọng Không gian Hubble: Dòng thời gian về các sứ mệnh bảo dưỡng tàu con thoi của NASA

theanh

Administrator
Nhân viên
Kính viễn vọng không gian Hubble là một kiệt tác của kỹ thuật và sự khéo léo của con người. Hubble có kích thước và trọng lượng tương đương với một chiếc xe buýt trường học lớn, nhưng những đóng góp của nó cho khoa học và thiên văn học có thể lấp đầy các thư viện.

Hubble không chỉ là một trong những nguồn cung cấp hình ảnh tuyệt vời, phi thường của Trái đất mà còn là minh chứng cho sự tò mò và quyết tâm của con người. Kính viễn vọng này đã hoạt động trong hơn 30 năm, trải qua tổng cộng năm nhiệm vụ bảo dưỡng và cung cấp gần 250 terabyte dữ liệu đóng góp cho sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu ý tưởng về một kính viễn vọng không gian lớn trên quỹ đạo vào cuối những năm 1960, nhưng phải mất gần một thập kỷ vận động hành lang và tinh chỉnh kế hoạch trước khi Quốc hội Hoa Kỳ phê duyệt nguồn tài trợ cho dự án. Phải gần nửa thập kỷ sau đó, kính viễn vọng này mới có tên chính thức — theo tên nhà thiên văn học nổi tiếng người Mỹ Edwin Hubble. Sau đó, do tàu Challenger bị mất vào tháng 1 năm 1986 và chương trình tàu con thoi bị tạm dừng sau đó, Hubble phải đợi thêm năm năm nữa mới có thể đến được quỹ đạo.
Phi hành đoàn STS-31:
Loren J. Shriver, chỉ huy

Charles F. Bolden, phi công

Steven A. Hawley, chuyên gia sứ mệnh

Bruce McCandless, chuyên gia sứ mệnh

Kathryn D. Sullivan, chuyên gia sứ mệnh

Hubble được chế tạo với một số thiết bị trên tàu, bao gồm Máy ảnh hành tinh trường rộng (WFPC), Máy quang phổ độ phân giải cao Goddard (GHRS), Máy ảnh vật thể mờ (FOC), Máy quang phổ vật thể mờ (FOS) và Máy đo quang tốc độ cao (HSP).

Hubble được phóng vào ngày 24 tháng 4 năm 1990, được cất giữ bên trong khoang chứa hàng của tàu con thoi Discovery. STS-31 là lần phóng thứ 10 của Discovery và là sứ mệnh tàu con thoi thứ 35 nói chung.

Liên quan: Tàu con thoi của NASA: Tàu vũ trụ tái sử dụng đầu tiên

Một ngày sau khi đạt đến quỹ đạo (ngày 25 tháng 4), phi hành đoàn STS-31 đã triển khai Hubble, và sau đó dành phần lớn thời gian của nhiệm vụ để đưa kính viễn vọng vào hoạt động. Discovery trở về Trái Đất vào ngày 29 tháng 4, đưa Hubble vào quỹ đạo ở độ cao 380 dặm (612 km), nơi nó có thể bắt đầu khiến nhân loại kinh ngạc với những bí mật của vũ trụ.

Ít nhất, đó là những gì được cho là sẽ xảy ra. Nhưng những hình ảnh đầu tiên được truyền về Trái Đất từ Hubble — kính viễn vọng không gian trị giá 1,5 tỷ đô la của NASA mất ba thập kỷ để đến được không gian — bị mờ.

Vào tháng 6 năm 1990, NASA thông báo phát hiện ra một quang sai hình cầu trên gương chính của Hubble do lỗi 2 micron trong độ cong của gương chính của kính viễn vọng — khoảng 1/50 chiều rộng của một sợi tóc người. Mặc dù nhỏ, nhưng lỗi này khiến kính viễn vọng hầu như vô dụng đối với các nhà thiên văn học. May mắn thay, Hubble được thiết kế để có thể hoạt động được và những bộ óc thông minh nhất của NASA đã đảm nhiệm nhiệm vụ này.
Phi hành đoàn STS-61:
Richard Covey, chỉ huy nhiệm vụ

Kenneth Bowersox, phi công

Kathryn Thornton, chuyên gia nhiệm vụ

F. Story Musgrave, chuyên gia sứ mệnh

Claude Nicollier, chuyên gia sứ mệnh

Các kỹ sư của Hubble đã thiết kế kính viễn vọng này đặc biệt để nâng cấp. Thân kính lớn có tay vịn để các phi hành gia thực hiện bảo trì và các thành phần mô-đun để tạo điều kiện nâng cấp theo sự phát triển của công nghệ. Điều này cho phép NASA thiết kế và lập kế hoạch sửa chữa để đưa Hubble trở lại hoạt động sau khởi đầu thảm họa.

Các phi hành gia STS-61 trên tàu Endeavor trong nhiệm vụ bảo dưỡng đầu tiên của Hubble (SM1) đã dành hơn 35 giờ trong tổng cộng năm lần đi bộ ngoài không gian, hay EVA (hoạt động ngoài tàu vũ trụ) trong nhiều ngày để hoàn thành các nâng cấp theo kế hoạch của họ. Họ đã lắp đặt bộ phận Thay thế trục kính viễn vọng không gian quang học hiệu chỉnh (COSTAR) thay cho HSP — tương tự như việc Hubble có một cặp kính mới để đưa tầm nhìn mờ của nó trở lại tiêu điểm. WFPC đã được thay thế bằng WFPC2, đi kèm với quang học hiệu chỉnh bên trong, và các mảng năng lượng mặt trời và con quay hồi chuyển của Hubble đã được nâng cấp để cải thiện khả năng theo dõi của kính viễn vọng.

Nhiệm vụ SM1 đã khôi phục Hubble về trạng thái hoạt động và do đó, đã tạo ra một trong những hình ảnh mang tính biểu tượng nhất của kính viễn vọng.

Liên quan: 30 năm trước, các phi hành gia đã cứu Kính viễn vọng Không gian Hubble


cBHDe3yPMNUU8tycJ2fPQe-1200-80.jpg


Phi hành đoàn STS-82:
Kenneth Bowersox, chỉ huy phi vụ

Scott Horowitz, phi công

Joseph Tanner, chuyên gia phi vụ

Steven Hawley, chuyên gia phi vụ

Gregory Harbaugh, chuyên gia phi vụ

Mark Lee, chuyên gia sứ mệnh

Steven Smith, chuyên gia sứ mệnh

Nhiệm vụ bảo dưỡng thứ hai của Hubble, SM2, ít mang tính sửa chữa hơn và tập trung nhiều hơn vào mục đích mà các kỹ sư đã định khi họ thiết kế kính viễn vọng để có thể bảo dưỡng: nâng cấp và tăng cường hiệu suất.

Discovery được phóng trên STS-82 vào tháng 2 năm 1997, với hai thiết bị mới cho Hubble. Máy quang phổ hình ảnh của Kính viễn vọng Không gian (STIS) và Máy quang phổ hồng ngoại gần và Đa vật thể (NICMOS) đã thay thế GHRS và FOS của Hubble. Việc hoán đổi này đã mở rộng tầm nhìn của kính viễn vọng sang các bước sóng hồng ngoại gần. Nhiệm vụ này cũng thành công trong việc trao đổi một số máy ghi dữ liệu đã xuống cấp của Hubble, cũng như một số phần cứng thứ cấp khác.
Phi hành đoàn STS-103:
Curtis Brown, chỉ huy nhiệm vụ

Scott Kelly, phi công

Jean-Francois Clervoy, chuyên gia nhiệm vụ

Michael Foale, chuyên gia nhiệm vụ

John Grunsfeld, chuyên gia nhiệm vụ

Steven Smith, nhiệm vụ chuyên gia

Claude Nicollier, chuyên gia sứ mệnh

Những gì ban đầu được lên lịch vào tháng 6 năm 2000 là Sứ mệnh bảo dưỡng 3 (SM3) đã được chia thành hai sứ mệnh: Một sứ mệnh SM3A khẩn cấp đã được tạo ra cho tàu con thoi Discovery và STS-102 đã được thêm vào danh sách phóng vào tháng 12 năm 1999.

Nhiều chuyến đi bộ ngoài không gian của sứ mệnh này kéo dài hơn tám giờ, khiến chúng trở thành một trong những EVA dài nhất trong lịch sử tàu con thoi. Trong những lần kéo dài đó để điều hướng các lan can của Hubble, các phi hành gia của NASA là Steven Smith và John Grunsfeld đã thay thế tất cả sáu con quay hồi chuyển bên trong Rate Sensor Unites (RSU) của kính viễn vọng và lắp đặt một máy phát và máy ghi dữ liệu mới.

Trong một EVA khác, các phi hành gia của NASA là Michael Foale và Claude Nicollier đã thay thế máy tính chính của Hubble, giúp tăng tốc độ xử lý của máy lên gần 20 lần. Họ cũng đã nâng cấp các cảm biến dẫn đường chính xác của Hubble.
Phi hành đoàn STS-109:
Scott Altman, chỉ huy nhiệm vụ

Duane Carey, phi công

John Grunsfeld, chỉ huy tải trọng và chuyên gia nhiệm vụ

Nancy Currie, chuyên gia truyền giáo

Richard Linnehan, chuyên gia truyền giáo

James Newman, chuyên gia truyền giáo

Michael Massimino, chuyên gia truyền giáo

ACS của Hubble đã thay thế FOC cũ, tăng gấp 10 lần công suất hình ảnh so với thế hệ trước. Các phi hành gia trên SM3B cũng được giao nhiệm vụ thay thế các mảng năng lượng mặt trời của Hubble, vốn đã bị hao mòn do nhiều năm bức xạ và mảnh vỡ.

Mặc dù nhỏ hơn, các mảng năng lượng mặt trời mới của Hubble cung cấp thêm từ 20% đến 30% công suất. Họ cũng thay thế Bộ điều khiển công suất (PCU) của Hubble và bổ sung một hệ thống làm mát mới để tăng tuổi thọ của NICMOS.
Phi hành đoàn STS-125:
Scott Altman, chỉ huy nhiệm vụ

Gregory Johnson, phi công

Michael Good, chuyên gia nhiệm vụ

Megan McArthur, chuyên gia sứ mệnh

Andrew Feustel, chuyên gia sứ mệnh

Michael Massimino, chuyên gia sứ mệnh

John Grunsfeld, chuyên gia sứ mệnh

Tàu con thoi Atlantis được phóng vào ngày 11 tháng 5 năm 2009, mang theo hai thiết bị mới cho kính viễn vọng không gian: Máy quang phổ nguồn gốc vũ trụ (COS) và Camera trường rộng 3 (WFC3).

Khi các phi hành gia thay thế FOC trong SM3B, thiết bị COSTAR đóng vai trò là kính của Hubble trở nên thừa thãi. COS thay thế COSTAR trong SM4 và trở thành thiết bị bổ sung cho STIS. Trong khi khả năng phát hiện phổ cực tím của COS bị giảm, STIS có thể thu được các bước sóng cực tím thông qua ánh sáng quang học đến gần hồng ngoại. Các phi hành gia cũng đã sửa chữa được STIS, vốn không hoạt động được kể từ tháng 8 năm 2004, khi nguồn điện bị hỏng khiến nó chuyển sang "chế độ an toàn".

Một số hình ảnh mang tính biểu tượng nhất của Hubble, bao gồm cả Hubble Ultra Deep Field, được cho là do ACS chụp. Tuy nhiên, vào năm 2007, nó cũng bị hỏng điện. Các biện pháp khắc phục STIS và ACS đều tương tự nhau trong các nhiệm vụ mà các phi hành gia cần thực hiện để hoàn thành việc sửa chữa, nhưng cả hai đều rất khác nhau về cách thức và địa điểm mà các kỹ sư mong đợi các phi hành gia thực hiện bảo trì trên Hubble.

Các phi hành gia của NASA — bao gồm John Grunsfeld, người đã tham gia ba nhiệm vụ bảo dưỡng Hubble — đã được đào tạo trong hai năm để phát triển các công cụ, chiến lược và kỹ thuật mà họ sẽ cần để sửa chữa thành công kính viễn vọng không gian này lần cuối.

Trong hơn một thập kỷ rưỡi kể từ lần cuối các phi hành gia đến thăm Hubble, kính viễn vọng này vẫn tiếp tục cung cấp những góc nhìn tuyệt vời về vũ trụ, nhưng hoạt động của nó không phải là không có trục trặc. Khi Hubble già đi, các nhà quản lý nhiệm vụ của NASA đã thắt chặt các hạn chế hoạt động của họ, đưa ra các chiến lược để đài quan sát tiếp tục hoạt động bất chấp một số vấn đề.
Các câu chuyện liên quan:
— Những bức ảnh đẹp nhất mọi thời đại của Kính viễn vọng Không gian Hubble

— Một tỷ phú muốn cứu Kính viễn vọng Không gian Hubble — đây là lý do tại sao NASA đã lịch sự từ chối

— Câu hỏi thường gặp về Hubble: Bên trong nhiệm vụ sửa chữa kính viễn vọng không gian cuối cùng

Khi các con quay hồi chuyển mới được lắp đặt trong các nhiệm vụ bảo dưỡng đã cũ và hỏng, các kỹ thuật viên đã xây dựng các biên độ sâu hơn vào các thông số của các thành phần. Ngày nay, kính viễn vọng có hai con quay hồi chuyển đang hoạt động và đã được chuyển sang chế độ một con quay hồi chuyển để giữ lại con quay hồi chuyển còn lại làm bản sao lưu. Điều này cho thấy những hạn chế đối với một số khoa học và quan sát mà Hubble có thể thực hiện nhưng đã cho phép phạm vi nổi tiếng này tiếp tục thăm dò những bí ẩn của vũ trụ.

NASA hy vọng các thông số vận hành mới sẽ kéo dài tuổi thọ của Hubble đến những năm 2030. Tuy nhiên, đó có thể sẽ là hồi kết của kính viễn vọng không gian này, bất kể các thiết bị có hoạt động hay không. Nếu không có sự thúc đẩy lên độ cao từ tàu vũ trụ đến thăm, Hubble sẽ lao xuống quỹ đạo ngày càng thấp và cuối cùng sẽ cháy rụi trong bầu khí quyển của Trái đất vào giữa những năm 2030.
 
Back
Bên trên