1990 - 037B

(Letectví a kosmonautika č.20/1990)

Ing. VLADISLAV POULEK

Dne 24. dubna 1990 vynesl raketoplán Discovery STS-31 z Kennedyho kosmického střediska na Floridě na oběžnou dráhu Hubblův kosmický dalekohled. Tím byla završena patnáctiletá etapa vývoje a výroby tohoto nesmírné pokročilého astronomického nástroje a zároveň tím byla zahájena nová éra v astronomii.

První návrhy na umístění astronomického dalekohledu do kosmu sahají až do roku 1946, kdy pracovník firmy Douglas Aircaft Lyman Spitzer publikoval zprávu zvanou „Astronomické výhody mimozemské observatoře". Taková laboratoř byla zařazena mezi vědecké priority krátce po založení NASA v roce 1958. Ale teprve na počátku sedmdesátých let začal projekt kosmického dalekohledu nabývat konkrétní podoby.

V roce 1973 byly navázány první formální kontakty s ESA o spolupráci na projektu velkého kosmického dalekohledu (Large Space Telescope - LST). V té době se uvažovalo, že průměr primárního zrcadla dalekohledu bude 3 metry, avšak vzhledem k finančním nákladům byl v roce 1976 tento průměr snížen na 2,4 m. Zároveň byl projekt přejmenován na Hubble Space Telescope (HST). Projekt tedy nese jméno význačného amerického astronoma, jenž se zabýval studiem vzdálených galaxií a který na základě spetroskopických pozorování objevil, že se vesmír rozpíná. V roce 1976 bylo také rozhodnuto, že se na projektu bude podílet dodávkou solárních panelů a kamery pro sledování slabých objektů ESA. Dohoda podepsaná mezi NASA a ESA v roce 1977 stanoví, že na základě tohoto podílu na konstrukci dalekohledu bude mít ESA k dispozici nejméně 15% pozorovacího času. V té době se předpokládalo, že dalekohled bude vypuštěn v říjnu 1983. Vzhledem k mimořádné technické náročnosti tohoto přístroje však v průběhu konstrukce a výroby došlo ke tříletému zpožděni, takže dalekohled byl připraven k vypuštění až v roce 1986. V té době došlo ke katastrofě raketoplánu Challenger a k více než dvouleté přestávce v programu kosmických raketoplánů. Protože jediným dopravním prostředkem pro Hubblúv dalekohled je právě kosmický raketoplán, znamenala tato katastrofa další čtyřletý odklad vypuštění dalekohledu.

Mimořádné naděje, které vkládají astronomové do tohoto přístroje, plynou především ze skutečnosti, že kosmický dalekohled má rozlišovat objekty s přesností 0,1 úhlové vteřiny, zatímco rozlišovací schopnost nejdokonalejších pozemských teleskopů je jedna úhlová vteřina. Tento významný rozdíl je dán zejména absenci rušivých vlivů atmosféry na oběžné dráze. Vliv atmosféry působí rušivě nejen na rozlišovací schopnost pozemských dalekohledů, ale například i na spektrální měření. Je známo, že v zemské atmosféře jsou absorbována široká spektrální pásma elektromagnetického záření. Naproti tomu Hubblúv dalekohled může zkoumat všechny vlnové délky elektromagnetického záření od 115 nm do 1 nm.

Válcové těleso dalekohledu je dlouhé 13,1 m a jeho maximální průměr je 4,25 m. V tomto válcovém tělese je umístěno primární zrcadlo dalekohledu, sekundární zrcadlo dalekohledu, 5 hlavních optických přístrojů: širokoúhlá planetární kamera, vysokorychlostní fotometr, spektrograf slabých objektů, kamera slabých objektů a spektrograf s vysokým rozlišením. Dále je v hlavním tělese umístěna soustava optických čidel, s jejichž pomocí je dalekohled zaměřován a s pomocí soustavy setrvačníků je poloha dalekohledu udržována s přesností 0,007 úhlové vteřiny. Na povrchu válcového tělesa dalekohledu jsou umístěny dvě parabolické antény s vysokým ziskem a dva panely solárních článků. Za konstrukci dalekohledu odpovídá firma Lockheed Missiles and Space Co.

Nejdůležitější součástí celého dalekohledu je primární zrcadlo o průměru 2,4 m, které je pokryto odraznou hliníkovou vrstvou a ochrannou vrstvou fluoridu horečnatého. Povrch zrcadla je vyleštěn s neuvěřitelnou přesností, lepší než 50 nm. Hliníková vrstva odráží elektromagnetické záření v rozsahu 115 nm - až 1 nm. Tyto dvě vlastnosti, vynikající kvality a povrchu zrcadla a jeho odrazivost se výraznou měrou podílejí na mimořádných vlastnostech tohoto přístroje. Optická soustava dalekohledu používá ještě sekundární zrcadla v konfiguraci Ritchey / Chrétien / Cassegrain. Efektivní ohnisková vzdálenost této soustavy je 57 m. Konstrukcí optické soustavy byla pověřena filiálka firmy Perkin Elmer v Danbury, v roce 1989 zakoupená koncernem Hughes.

Tuto kameru vyvinula agentura ESA, která zadala kontrakty firmám Dornier, Matra a British Aerospace. Kamera pracuje ve třech základních režimech s dvojnásobným, čtyřnásobným a dvanácti-násobným zvětšením. Při těchto zvětšeních je zorné pole kamery 22 x 22, 11 x 11 a 4 x 4 úhlové vteřiny. Tato kamera využívá třístupňový fotonásobič, který je napojen na televizní kameru. Hlavní řešitel tohoto experimentu je dr. F. D. Macchetto z Evropské kosmické agentury.

Tato kamera může pracovat ve dvou režimech. V širokoúhlém je její zorné pole 2,7 x 2,7 úhlové minuty a v planetárním režimu s větším zvětšením je zorné pole kamery 1,2 x 1,2 úhlové minuty. Tato kamera používá jako snímač 8 nábojově vázaných prvků (CCD). Tyto CCD snímače představují matici 800 x 800 jednotlivých křemíkových fotodetektorů. Rozměr jednoho elementu detektoru je 15 x 15 mm. Při dopadu fotonů na tyto detektory se v jednotlivých elementech hromadí a uchovává náboj, který je po skončení snímání přečten, elektronicky zesílen a předán do řídícího střediska. Také tato kamera stejně jako předchozí přístroj je vybavena velkým množstvím filtrů, hranolů, mřížek a polarizátorú, které umožňují konat velmi podrobná optická měření zkoumaných objektů. Za konstrukci této kamery odpovídá Jet Propulsion Laboratory. Hlavním řešitelem tohoto přístroje je profesor J. A. Westphal z Kalifornského technického institutu. Kontrakt na výrobu přístroje byl zadán do Jet Propulsion Laboratory.

Hlavním úkolem spektrografu je pomocí hranolů a difrakčních mřížek studovat optická spektra vzdálených objektů. Spektrograf slabých objektů pracuje s nízkým a středním rozlišením ve spektrálním rozsahu 115-850 nm. Odpovědným řešitelem tohoto experimentu je dr. J. R. Harms (University of California, San Diego). Přístroj vyrobila firma Martin-Marietta.

Spektrograf s vysokým rozlišením pracuje v ultrafialové oblasti 115-320 nm. Odpovědným řešitelem experimentu je dr. J. C. Brandt (NASA Goddard Space Flight Center). Přístroj vyrobila firma Ball Brothers.

Vysokorychlostní fotometr může detekovat čas mezi dopadem jednotlivých fotonů s přesností lepší než 20 µs. Přístroj je určen ke sledování rychlých změn světelného toku ze vzdálených zdrojů. Fotonásobič tohoto fotometru pracuje v rozsahu 115-700 nm. Přístroj je vybaven velkým množstvím filtrů, které umožňují sledovat vybrané oblasti v tomto spektrálním rozsahu. Přístroj je také určen pro měření polarizace světla. Za experiment odpovídá dr. R. C. Bless z University of Wisconsin, kde byl přístroj také vyroben.

Dalekohled je vybaven třemi přesnými navigačními čidly, z nichž dvě jsou určena k zaměřování dalekohledů na cílové objekty s přesností 0,007 obloukových vteřin. Detektory pracuji na principu velmi přesných interferometrů. Třetí detektor slouží jako záloha a může být použit k měření poloh hvězd s předpokládanou přesností 0,002 úhlové vteřiny.

Energetický systém dalekohledu využívá dvou výsuvných panelů solárních článků, které mají po dvou létech provozu dodávat nejméně 4,5 kW. Výsuvné panely zkonstruovala na základě kontraktu Evropské kosmické agentury firma British Aerospace. Solární články s účinností vyšší než 14 % dodala firma AEG Telefunken. Panely solárních článků jsou jako ostatní součástí dalekohledu modulární konstrukce a předpokládá se, že budou vyměňovány ve zhruba dvouletých intervalech, a to ze dvou důvodů:

1. V současnosti Hubblův dalekohled pracuje v období slunečního maxima, kdy je i na relativně vyšších drahách okolo 600 km zvýšený výskyt atomárního kyslíku, který působí velmi korozívné na póly solárních článků a způsobuje jejich degradaci.

2. Dráha Hubblova dalekohledu protíná na některých obězích oblast zvýšené radiace v oblasti jižního Atlantiku, kde dochází ke zvýšenému radiačnímu poškozování solárních článků.

Pro výměnu solárních panelů byla vyvinuta řada speciálních montážních nástrojů a v současnosti již astronauti s nimi zahájili nácvik.

Jak již bylo uvedeno v úvodu, Hubblův dalekohled byl vypuštěn z Kennedyho kosmického střediska na Floridě 24. dubna 1990 a po uvolněni z nákladového prostoru raketoplánu Discovery bylo zahájeno jeho oživování.

Zpočátku se projevily některé drobné závady, jako byl například problém s anténou pro vysíláni telemetrie. Brzy se však ukázalo, že mnohem závažnější problém představuje přesná stabilizace dalekohledu, kdy se dlouhou dobu nepodařilo dosáhnout plánované přesnosti zaměřeni dalekohledu, která je uvedena v textu. Dalším velmi závažným problémem se v době, kdy je psán tento text, zdá být optická soustava dalekohledu, která podle prvních zpráv rovněž nedosahuje předpokládaných parametrů. Z těchto důvodů nedodává Hubblův dalekohled výrazné kvalitnější snímky vesmírných objektů, než nejlepší pozemské dalekohledy. Odborníci z vědeckého ústavu pro využití vesmírného dalekohledu, který sídlí v areálu Johns Hopkins University, spolu s techniky NASA v současnosti usilovné pracují na odstranění těchto problémů. Není však vyloučeno, že bude nutné již v nejbližší době zařadit do programu některého z raketoplánů návštěvu Hubblova dalekohledu, kdy by se astronauti přímo na místě pokusili odstranit závady. Pokud se to nepodaří, bude třeba zřejmě využít neocenitelné schopnosti kosmického raketoplánu dopravovat umělá kosmická tělesa zpět na Zemi, k zajištění potřebných úprav v pozemských laboratořích firmy Lockheed. Taková záchranná mise by však způsobila další oddálení vědeckých pozorování a vyžádala by si také nemalé finanční náklady.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1) O péči, jíž konstruktéři věnovali tepelnému režimu obřího teleskopu, cyklicky namáhaného při obězích kolem Země (střídání prudkého oslunění s mrazivým stínem), svědčí pečlivá izolace tubusu teleskopu pokovenými fóliemi.

2) Schéma hlavních částí HST.

3) Hubble Space Telescope při zkouškách u hlavního dodavatele, kalifornské firmy Lockheed Missile and Space Company (LMSC). K vítězství firmy Lockheed v soutěži na HST bezpochyby přispěla skutečnost, že LMSC dodává optické průzkumné družice pro USAF už od dob Ageny (nyní rodinu „klíčových dírek", satelitů Keyhole KH-12).

Rozměry: průměr 4,25 m délka 13,1 m

Hmotnost: 11 250 kg

Úkoly: astronomická pozorováni v pásmu 115 nm - 1 nm

Provoz družice: NASA Space Telescope Science Institute, John Hopkins Homewood Campus, Baltimore (MD); NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt Rd., Greenbelt (MD)

Start: 24. 4. 1990, 12.34 UT, Kennedy Space Center, raketoplán Discovery STS-31

Dráha: kruhová, 28,46°, 96,84 min, 612-620 km

Stabilizace: tříosá 0.007"

Hlavni dodavatelé: Lockheed Missiles and Space Co. Sunnyvale (CA), Hughes Danbury Optical Systems. Inc. (dříve Perkin Elmer Co.), Danbury (CT)

Připravil M.Filip 17.3.2002