211service.com
Hvorfor Hubble er ulig nogen anden satellit i historien
I dette uddrag fra hendes bog Håndaftryk på Hubble: An Astronaut's Story of Invention , fortæller den første amerikanske kvinde, der gik i rummet, hvordan det var at være en del af holdet, der designede og opsendte rumteleskopet. 19. november 2019
Håndaftryk på Hubble bogomslag MIT Press
Man kan sige, at vi voksede op sammen, Hubble og jeg. De fleste mennesker sporer Hubbles start til en rapport skrevet i 1946 af Princeton-astronomen Lyman Spitzer. Jeg blev født i Paterson, New Jersey, den 3. oktober 1951. Da jeg voksede gennem min barndom og teenageår, sygnede Hubble hen i en tilstand af standset udvikling, mens teknologierne i den nye rumalder modnedes nok til at bringe Spitzers vision ind i det muliges rige. Ved en dejlig tilfældighed begyndte vi to det sidste stykke af vores rejser til rummet på næsten samme tid, hvor mit valg af astronaut og Hubbles kongresgodkendelse begge fandt sted i 1978.
Hubble er et fantastisk stykke ingeniørkunst. Det, der gør Hubble radikalt anderledes end alt, der er bygget før eller siden, er, at den er designet til at kunne vedligeholdes af to personer i voluminøse rumdragter, mens den kredser hundredvis af miles over Jorden. Det er som at arbejde på din bil, mens du er iført en oppustelig sumobryderdragt og boksehandsker, med det ekstra twist, at dine værktøjer flyder væk, hvis du slipper dem.
Principperne for vedligeholdelsesvenligt design er enkle, som er velkendte for alle, der nogensinde har lavet den mindste del af hjemme- eller bilreparation: ting er nemmere at reparere, når layoutet af dele er enkelt og overskueligt, ingen sunde enheder skal forstyrres for at få ved den fejlbehæftede enhed er fastgørelseselementer og konnektorer standardiserede, og der kræves få unikke værktøjer. Hvordan fandt en flok mennesker, der aldrig havde været i kredsløb eller havde båret en rumdragt, ud af, hvad vedligeholdelse betød i et mikrotyngdekraftsmiljø, og inkorporerede så alt det i teleskopets design?
To innovationer giver gode eksempler på det opfindsomme og krævende arbejde udført i de tidlige stadier af Hubbles design. Vanskeligheden ved at servicere Hubble satte en meget høj præmie på at forenkle værktøjsgrænseflader for effektivitet og reducere de omkostninger, der er forbundet med at blive klar til arbejdet.
Designer Henry Ford (ingen relation til bilfamilien) besluttede at tackle den første af disse ved at begrænse rækken af fastgørelsesanordninger, der bruges på teleskopet. Han tog afsted på jagt efter den mindst mulige bolt, der havde den nødvendige høje trækstyrke og et rimeligt brudmoment. På almindeligt engelsk betyder det en bolt, der er stærk nok til at modstå, hvad han gættede på, at kræfterne ville være under en shuttle-lancering (færgen var stadig på tegnebrætterne, så der var ingen faste data), men ikke for svær at løsne med en skruenøgle . Ford slog sig til ro med en særlig højstyrkebolt med et dobbelthøjde 7/16-tommer sekskantet hoved og begyndte sin søgen med elektronikinstallationsteamet. Dette teams job havde altid været at sikre, at ingen elektronikboks nogensinde løsnede sig fra dens monteringer; at fjerne bolte i kredsløb var aldrig faldet dem ind. Efter flere runder af argumentation og analyse blev de enige om at bruge hans valgte bolt på alle deres enheder. Dernæst gik Ford til mekanismeteamet, der var ansvarligt for ting som solcellepanelet og antennehængsler og låse, og endelig holdet med videnskabelige instrumenter. Da han var færdig, havde han indsamlet de tekniske data, der var nødvendige for at bevise, at bolten var egnet til enhver applikation og havde forpligtelsen til at bruge den fra hvert systems ledende ingeniør. NASA ville senere gøre dette til standardbolten på rumfærgen og rumstationen til alt, der kunne repareres i en rumvandring eller EVA [ekstravehicular aktivitet].
Tom Fishers opfindelse tog sigte på det tidspunkt, der var involveret i forberedelse af arbejdspladsen. Han kendte de 38 EVA-arbejdspladser på teleskopet bedre end nogen anden, idet han i hånden havde lavet de præcise og detaljerede tekniske tegninger af hvert sted og de kropspositioner, der ville gøre det muligt for egnede astronauter at nå og betjene alle vedligeholdelsesarmaturer. Fisher så behovet for en bærbar EVA-arbejdsplatform, kendt som en fodstøtte, der var mere alsidig end den simple NASA havde forestillet sig at bruge.
En bærbar fodstøtte er for astronauter, hvad tyngdekraften er for jordbundet mekanik: den ting, der giver dem mulighed for at forankre deres fødder, så de kan udøve en løftestang eller udøve kraft på deres værktøjer. Prøv at dreje en bolt i rummets mikrotyngdekraft uden en fodstøtte, og du vil opdage, at din fritsvævende krop drejer i stedet. Tidlige fodstøtter var dybest set plader på stænger. De blev designet til at stikke lige ud fra den struktur, som de var fastgjort til. Fodpladen kunne kun vippe i én akse og kunne ikke justeres under brug. Fisher kom på ideen om at tilføje pedaler til fodpladen, så astronauter kunne dreje deres kroppe med et tryk på en støvle. Vi ville forfine Fishers oprindelige koncept gennem en række neutrale opdriftstest, der startede i 1985, og til sidst producerede en meget alsidig enhed, der fløj på hver Hubble-mission og nu er i brug ombord på den internationale rumstation.
I de første to minutter og 15 sekunder var turen turbulent og højlydt, som at være i en vild kombination af jordskælv, rockkoncert og jagerfly. Vibrationerne var næsten knogleraslende; trykket skubber opad gennem min ryg stærk og konstant. Jeg mærkede stødet aftage, hørte Charlie fortælle, at de solide raketter brændte ud som forventet, og så hørte jeg dunk der meddelte, at de var blevet forkastet. Nu virkede turen stille og jævn som et elektrisk tog. Da motorerne slukkede seks minutter senere, bekræftede letheden i mine lemmer og tjeklisterne, der svævede for enden af deres tøjler, at jeg var tilbage i kredsløb. Jeg følte mig hjemme med det samme.
Letheden i mine lemmer og tjeklisterne, der svævede for enden af deres tøjrer, bekræftede, at jeg var tilbage i kredsløb, jeg var tilbage i kredsløb. Jeg følte mig hjemme med det samme.
Vi sluttede vores første dag i kredsløb i højt humør. Robotarmen fungerede godt, teleskopet viste ingen tegn på skade fra de barske kræfter ved opsendelsen, og vores rumdragter tjekkede perfekt ud.
Hubble-implementeringsdagen for os begyndte med en helt forglemmelig vækningsmelodi og de rutinemæssige start-på-dagen-opgaver: klæde sig på, snup en bid morgenmad, gennemgå morgenmeddelelsespakken, opdatere rumfærgens navigationsdata, og sørg for, at alle vores midtdækseksperimenter kørte korrekt. Den omhyggeligt udformede indsættelsesplan begyndte at flosse, så snart Steve begyndte at løfte teleskopet ud af lastrummet. Spilleplanen for indsættelse af teleskopets vedhæng, som solarrays og antenner blev kaldt, begyndte derefter at optrevle. Næsten hvert trin i denne plan afslørede, at jordkontrolteamet på Space Telescope Operations Control Center ikke fuldt ud havde værdsat kompleksiteten af Hubbles systemer og kæmpede for at håndtere tempoet og stresset i den virkelige verdens rumflyvningsoperationer.
Vores store forhåbninger om et spektakulært første billede fra Hubble styrtede ned til Jorden et par uger senere, da verden fandt ud af, at det multimilliard-dollar rumteleskop, vi lige havde sat i kredsløb, havde sløret syn. Charlie og Steve brugte mange lange uger på at bekymre sig om, at de kunne have forårsaget dette ved at støde teleskopet, da de forsigtigt løftede det ud af rumfærgens lastrum. De må have været de eneste to mennesker på Jorden, der var lettet over at erfare, at Hubbles 96-tommer-diameter primære spejl havde den forkerte form. Det var for fladt ved omkredsen med 0,0001 tomme, hvilket er omkring 1/25 af diameteren af et menneskehår eller 1/40 af tykkelsen af en typisk bogside med hardcover.
Dette var en utrolig nyhed, en utænkelig fejl. En flodbølge af chok og angst fejede ind over NASA og Hubble-videnskabssamfundet. Kongressen og medierne brød ud i forargelse. Smerten var tydeligt skrevet på de askede ansigter af NASA-embedsmændene, som fortalte offentligheden.
De må have været de eneste to mennesker på Jorden, der var lettet over at erfare, at Hubbles 96-tommer-diameter primære spejl havde den forkerte form.
At lancere den første vedligeholdelsesmission to til tre år efter deployeringen havde længe været planen, men ingen havde nogensinde forestillet sig, at Hubble-missionens liv ville hænge i en balancegang den allerførste gang.
Som det så ofte er tilfældet, var tricket til at finde en løsning at omarbejde problemet. Skulle selve spejlet virkelig repareres? Antag i stedet, at den egentlige udfordring var at korrigere lyset, som det reflekterede ind i instrumenterne? En lykkelig omstændighed - den ensomme lille stribe gode nyheder i en ellers virkelig forfærdelig fiasko - antydede, at dette kunne være muligt. Spejlets form var faktisk forkert, men det var præcis forkert. Det betød, at ingeniørerne meget præcist kunne beregne forskellen mellem dens faktiske form og den form, den skulle have. Denne information kan derefter bruges til at beregne den korrektion, der ville genoprette teleskopets syn, ligesom en optometrist bestemmer formen på de receptpligtige linser, der er nødvendige for et par briller.
I oktober havde holdet konturerne af en genopretningsplan i hånden. Et af de fire store videnskabelige instrumenter i Hubbles agterende ville blive erstattet med en identisk boks indeholdende den korrigerende optik - små spejle i Hubbles tilfælde snarere end linser. Disse spejle ville give korrekt fokuseret lys til teleskopets styresensorer og de tre resterende instrumenter. Lignende spejle ville blive indbygget i erstatningsenheden til Hubbles vigtigste billedinstrument, Wide Field/Planetary Camera, som allerede var under konstruktion.
Fire andre shuttlebesætninger ville besøge Hubble i løbet af de næste 16 år. Hver servicemission forbedrede de eksisterende metoder og opfandt nye enheder til at tackle stadig mere komplekse reparationer, men alle var stærkt afhængige af værktøj og udstyr produceret af det oprindelige team. Ved den fjerde mission gjorde Hubble-reparationsholdene ting, som vi aldrig ville have overvejet tilbage i 1990, såsom at tage låget af et delikat videnskabeligt instrument monteret blot et par meter under det primære spejl for at skifte individuelle printkort.
Mens de udførte deres vitale opgaver, efterlod de rumgående astronauter, der vedligeholdt teleskopet, deres håndaftryk på dets ydre hud.
I løbet af de fem vedligeholdelsesmissioner ville 16 rumvandrere bruge i alt 165,8 timer - kun seks minutter og syv hele dage - på at køre på rumfærgens robotarm eller klatre rundt om teleskopet. Takket være disse missioner er teleskopet i dag et langt bedre instrument end det, vi første gang indsatte den 25. april 1990. Dets pålidelighed, datalagring og dataoverførselshastigheder steg alt sammen, da rumfærgebesætninger erstattede den originale elektronik fra 1970'erne med staten -of-the-art solid state komponenter.
En tredobling af følsomheden giver den mulighed for at se dybere ind i universet. Hubbles kameraer er 100 gange bedre i dag, end de var i begyndelsen, og dens spektrografer er 10 gange bedre. Alle disse fremskridt gjorde det muligt for Hubble at måle universets ekspansionshastighed, kendt som Hubble-konstanten, næsten fem gange mere præcist end preflight-designmålet, og at blive anerkendt som det mest produktive observatorium, der nogensinde er bygget.
Det eneste, der er tilbage af den Hubble, vi bar op i 1990, er de to spejle og målestolen, der holder dem, de gule EVA-gelændere og fodstøtter og den skinnende sølvfarvede ydre hud, der gør denne storslåede flyvemaskine så nem at få øje på, når den passerer over hovedet i tusmørket. Den sølvhud glitrer meget mindre, end den gjorde den dag, jeg første gang så Hubble tilbage i april 1985. Meget af forfaldet skyldes simpelthen det barske miljø i rummet. Alle satellitter vejrer, mens de bliver bombarderet konstant af mikrometeoroider, stumper af rumaffald, intens stråling og de ladede partikler i solvinden. Hubble er alene blandt satellitter om at blive påvirket af en anden vejrlig kraft: menneskelig kontakt. Mens de udførte deres vitale opgaver, efterlod de rumgående astronauter, der vedligeholdt teleskopet, deres håndaftryk på dets ydre hud.
Disse synlige håndaftryk er som toppen af et isbjerg, dramatiske antydninger af en større masse, der er ude af syne. For mig symboliserer de de utallige jordbundne hænder, der designede vedligeholdelse i teleskopet, byggede det nødvendige værktøj og udstyr til at gøre service i kredsløb til virkelighed, trænede flybesætningerne og arbejdede hver mission lige så utrætteligt som astronauterne selv. Hver af disse usungne mennesker kan med rette hævde, at de også har efterladt håndaftryk på Hubble.
Kathryn D. Sullivan er en NASA-astronaut (pensioneret), tidligere underminister for handel for oceaner og atmosfære i National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) og en indsat i Astronaut Hall of Fame. Dette essay er tilpasset og uddrag fra hendes bog, Håndaftryk på Hubble: An Astronaut's Story of Invention , som udgives den 19. november 2019 af MIT Press.