211service.com
Waarom de Hubble anders is dan alle andere satellieten in de geschiedenis
In dit fragment uit haar boek Handafdrukken op Hubble: het uitvindingsverhaal van een astronaut , vertelt de eerste Amerikaanse vrouw die in de ruimte liep, hoe het was om deel uit te maken van het team dat de ruimtetelescoop ontwierp en lanceerde. 19 november 2019
Handafdrukken op Hubble boekomslag MIT Pers
Je zou kunnen zeggen dat we samen zijn opgegroeid, Hubble en ik. De meeste mensen herleiden Hubble's begin tot een... verslag doen van geschreven in 1946 door Princeton-astronoom Lyman Spitzer. Ik ben geboren in Paterson, New Jersey, op 3 oktober 1951. Toen ik opgroeide in mijn kinder- en tienerjaren, kwijnde Hubble weg in een staat van stilgelegde ontwikkeling, terwijl de technologieën van het nieuwe ruimtetijdperk volwassen genoeg waren om Spitzers visie in de rijk van het mogelijke. Door een heerlijk toeval begonnen wij tweeën bijna tegelijkertijd aan het laatste stuk van onze reizen naar de ruimte, waarbij mijn astronautenselectie en Hubble's congresgoedkeuring beide plaatsvonden in 1978.
Hubble is een geweldig stukje techniek. Wat Hubble radicaal anders maakt dan alles wat daarvoor of daarna is gebouwd, is dat het is ontworpen om door twee mensen in omvangrijke ruimtepakken te kunnen worden onderhouden terwijl ze honderden kilometers boven de aarde cirkelen. Dat is alsof je aan je auto werkt terwijl je een opblaasbaar sumoworstelaarpak en bokshandschoenen draagt, met als extraatje dat je gereedschap wegdrijft als je het loslaat.
De principes voor een onderhoudbaar ontwerp zijn eenvoudige die bekend zijn bij iedereen die ooit het minste beetje reparatie aan huis of auto heeft gedaan: dingen zijn gemakkelijker te repareren als de lay-out van onderdelen eenvoudig en overzichtelijk is, geen gezonde eenheden hoeven te worden gestoord om te krijgen bij de defecte unit zijn de bevestigingsmiddelen en connectoren gestandaardiseerd en is er weinig uniek gereedschap nodig. Hoe kwam een groep mensen die nog nooit in een baan om de aarde was geweest of nog nooit een ruimtepak droegen erachter wat onderhoudbaar betekende in een omgeving met microzwaartekracht, en dat vervolgens allemaal in het ontwerp van de telescoop verwerkten?
Twee innovaties bieden goede voorbeelden van het inventieve en veeleisende werk dat is gedaan tijdens de vroege stadia van Hubble's ontwerp. De moeilijkheid om Hubble te onderhouden, legde een zeer hoge premie op het vereenvoudigen van gereedschapsinterfaces voor efficiëntie en het verminderen van de overhead die gepaard gaat met het instellen voor het werk.
Ontwerper Henry Ford (geen familie van de auto-familie) besloot de eerste aan te pakken door de verscheidenheid aan bevestigingsmiddelen die op de telescoop worden gebruikt te beperken. Hij ging op zoek naar de kleinst mogelijke bout met de nodige treksterkte en een redelijk losbreekmoment. In gewoon Engels betekent dat een bout die sterk genoeg is om weerstand te bieden aan wat hij vermoedde dat de krachten zouden zijn tijdens een lancering van de shuttle (de shuttle stond nog op de tekentafel, dus er waren geen harde gegevens), maar niet te moeilijk om los te maken met een sleutel . Nadat hij zich had gevestigd op een bijzonder sterke bout met een zeshoekige kop van 7/16 inch met dubbele hoogte, begon Ford zijn zoektocht met het elektronica-installatieteam. Het was altijd de taak van dit team geweest om ervoor te zorgen dat er nooit een elektronicadoos loskwam van de bevestigingen; het verwijderen van bouten in een baan was nooit bij hen opgekomen. Na verschillende rondes van argumentatie en analyse kwamen ze overeen om zijn gekozen bout op al hun eenheden te gebruiken. Vervolgens ging Ford naar het mechanismeteam, dat verantwoordelijk was voor zaken als het zonnepaneel en antennescharnieren en -grendels, en ten slotte het team voor wetenschappelijke instrumenten. Toen hij klaar was, had hij de technische gegevens verzameld die nodig waren om te bewijzen dat de bout geschikt was voor elke toepassing en had hij de toezegging om deze te gebruiken van de hoofdingenieur van elk systeem. NASA zou dit later de standaardbout op de shuttle en het ruimtestation maken voor alles dat gerepareerd zou kunnen worden tijdens een ruimtewandeling, of EVA [extravehicular activity].
De uitvinding van Tom Fisher was gericht op de tijd die betrokken was bij de voorbereiding van de werkplek. Hij kende de 38 EVA-werkplekken op de telescoop als geen ander, omdat hij met de hand de precieze en gedetailleerde technische tekeningen van elke locatie en de lichaamshoudingen had gemaakt die geschikte astronauten in staat zouden stellen om alle onderhoudsvoorzieningen te bereiken en te bedienen. Fisher zag de noodzaak in van een draagbaar EVA-werkplatform, bekend als een voetsteun, dat veelzijdiger was dan de eenvoudige die NASA voor ogen had.
Een draagbare voetsteun is voor astronauten wat zwaartekracht is voor aardgebonden mechanica: het ding waarmee ze hun voeten kunnen verankeren zodat ze hefboomwerking of kracht op hun gereedschap kunnen uitoefenen. Probeer een bout in de microzwaartekracht van de ruimte te draaien zonder een voetsteun, en je zult merken dat je vrij zwevende lichaam in plaats daarvan draait. Vroege voetsteunen waren in feite platen op palen. Ze zijn ontworpen om recht uit de structuur te steken waaraan ze waren bevestigd. De voetplaat kon slechts in één as kantelen en kon tijdens gebruik niet worden aangepast. Fisher kwam op het idee om pedalen aan de voetplaat toe te voegen, zodat astronauten hun lichaam kunnen draaien met een tik op een laars. We zouden het oorspronkelijke concept van Fisher verfijnen door middel van een opeenvolging van neutrale drijfvermogentests, te beginnen in 1985, om uiteindelijk een zeer veelzijdig apparaat te produceren dat op elke Hubble-missie vloog en nu in gebruik is aan boord van het internationale ruimtestation.
De eerste twee minuten en 15 seconden was de rit turbulent en luid, alsof je in een wilde combinatie van aardbeving, rockconcert en straaljager was. De trillingen waren bijna bot-rammelend; de stuwkracht omhoog duwen door mijn rug sterk en constant. Ik voelde de stuwkracht afnemen, hoorde Charlie vertellen dat de solide raketten zoals verwacht uitbrandden, en hoorde toen de... dreun die aankondigde dat ze waren overboord gegooid. Nu leek de rit stil en zo soepel als een elektrische trein. Toen de motoren zes minuten later stopten, bevestigden de lichtheid in mijn ledematen en de checklists die aan het einde van hun ketting zweefden dat ik weer in een baan om de aarde was. Ik voelde me meteen thuis.
De lichtheid in mijn ledematen en de checklists die aan het einde van hun ketting zweefden, bevestigden dat ik weer in een baan om de aarde was. Ik voelde me meteen thuis.
We eindigden onze eerste dag in de ruimte vol goede moed. De robotarm werkte goed, de telescoop vertoonde geen tekenen van schade door de harde lanceringskrachten en onze ruimtepakken waren perfect in orde.
De Hubble-implementatiedag begon voor ons met een volledig vergeetbare wake-up-melodie en de routinetaken voor het begin van de dag: aankleden, een hapje ontbijten, het ochtendberichtenpakket bekijken, de navigatiegegevens van de shuttle bijwerken en ervoor zorgen dat al onze middeck-experimenten liepen naar behoren. Het zorgvuldig opgestelde inzetplan begon te rafelen zodra Steve de telescoop uit het laadruim begon te tillen. Het spelplan voor het inzetten van de aanhangsels van de telescoop, zoals de zonnepanelen en antennes werden genoemd, begon vervolgens te ontrafelen. Bijna elke stap in dit plan onthulde dat het grondcontroleteam van het Space Telescope Operations Control Center de complexiteit van de Hubble-systemen niet volledig had begrepen en worstelde met het tempo en de stress van real-world ruimtevluchtoperaties.
Onze hoge verwachtingen van een spectaculaire eerste opname van Hubble stortten een paar weken later in op aarde, toen de wereld vernam dat de ruimtetelescoop van miljarden dollars die we net in een baan om de aarde hadden gebracht een wazig zicht had. Charlie en Steve maakten zich wekenlang zorgen dat ze dit zouden hebben veroorzaakt door tegen de telescoop te stoten terwijl ze hem voorzichtig uit de laadruimte van de shuttle tilden. Zij moeten de enige twee mensen op aarde zijn geweest die opgelucht waren om te horen dat Hubble's primaire spiegel met een diameter van 96 inch de verkeerde vorm had. Het was aan de omtrek 0,0001 inch te vlak, wat ongeveer 1/25e van de diameter van een mensenhaar is of 1/40e van de dikte van een typische boekpagina met harde kaft.
Dit was ongelooflijk nieuws, een ondenkbare fout. Een vloedgolf van schok en angst overspoelde NASA en de wetenschappelijke gemeenschap van Hubble. Het congres en de media barstten in verontwaardiging los. De pijn stond duidelijk op de asgrauwe gezichten van de NASA-functionarissen die het nieuws aan het publiek brachten.
Zij moeten de enige twee mensen op aarde zijn geweest die opgelucht waren om te horen dat Hubble's primaire spiegel met een diameter van 96 inch de verkeerde vorm had.
Het was al lang het plan om de eerste onderhoudsmissie twee tot drie jaar na de inzet te lanceren, maar niemand had ooit gedacht dat het leven van de Hubble-missie bij de allereerste time-out op het spel zou staan.
Zoals zo vaak het geval was, was de truc om een oplossing te vinden, het probleem opnieuw te formuleren. Moest de spiegel zelf echt gerepareerd worden? Stel dat de echte uitdaging was om het licht te corrigeren dat het in de instrumenten weerkaatste? Eén gelukkige omstandigheid - het eenzame kleine straaltje goed nieuws in een verder echt verschrikkelijk fiasco - suggereerde dat dit mogelijk zou zijn. De vorm van de spiegel was inderdaad verkeerd, maar precies verkeerd. Dit betekende dat de ingenieurs heel precies het verschil konden berekenen tussen de werkelijke vorm en de vorm die het moest zijn. Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om de correctie te berekenen die het zicht van de telescoop zou herstellen, net zoals een optometrist de vorm bepaalt van de glazen op sterkte die nodig zijn voor een bril.
In oktober had het team de contouren van een herstelplan in handen. Een van de vier grote wetenschappelijke instrumenten in het achterste uiteinde van Hubble zou worden vervangen door een identieke doos met de corrigerende optica - kleine spiegels in het geval van Hubble, in plaats van lenzen. Deze spiegels zouden goed gefocust licht geven aan de geleidingssensoren van de telescoop en de drie resterende instrumenten. Soortgelijke spiegels zouden worden ingebouwd in de vervangende eenheid voor Hubble's belangrijkste beeldinstrument, de Wide Field/Planetary Camera, die al in aanbouw was.
Vier andere shuttlebemanningen zouden de komende 16 jaar Hubble bezoeken. Elke onderhoudsmissie verbeterde de bestaande methoden en vond nieuwe apparaten uit om steeds complexere reparaties aan te pakken, maar ze waren allemaal sterk afhankelijk van de gereedschappen en apparatuur die door het oorspronkelijke team werden geproduceerd. Bij de vierde missie deden de reparatieteams van Hubble dingen die we in 1990 nooit hadden overwogen, zoals het deksel van een delicaat wetenschappelijk instrument verwijderen dat slechts een paar voet onder de primaire spiegel was gemonteerd om individuele printplaten te veranderen.
Terwijl ze bezig waren met hun vitale taken, lieten de ruimtewandelende astronauten die de telescoop onderhielden hun handafdrukken achter op de buitenste huid.
Tijdens de vijf onderhoudsmissies zouden 16 ruimtewandelaars in totaal 165,8 uur - slechts zes minuten verlegen van zeven volle dagen - op de robotarm van de shuttle rijden of rond de telescoop klauteren. Dankzij deze missies is de telescoop tegenwoordig een veel beter instrument dan het instrument dat we op 25 april 1990 voor het eerst hebben ingezet. -of-the-art solid-state componenten.
Een drievoudige toename van de gevoeligheid stelt hem in staat dieper in het universum te kijken. De camera's van Hubble zijn tegenwoordig 100 keer beter dan in het begin, en de spectrografen zijn 10 keer beter. Door al deze vooruitgang kon Hubble de uitdijingssnelheid van het universum, bekend als de Hubble-constante, bijna vijf keer nauwkeuriger meten dan het preflight-ontwerpdoel, en werd erkend als het meest productieve observatorium dat ooit is gebouwd.
Het enige dat overblijft van de Hubble die we in 1990 naar boven hebben gedragen, zijn de twee spiegels en de meetbalk die ze vasthoudt, de gele EVA-leuningen en voetsteunen, en de glanzende zilveren buitenhuid waardoor deze prachtige vliegmachine zo gemakkelijk te herkennen is wanneer het passeert overhead bij schemering. Die zilveren huid schittert veel minder dan op de dag dat ik Hubble voor het eerst zag in april 1985. Veel van het verval is simpelweg te wijten aan de barre omgeving van de ruimte. Alle satellieten weerstaan omdat ze constant worden gebombardeerd door micrometeoroïden, stukjes ruimtepuin, intense straling en de geladen deeltjes in de zonnewind. Hubble is de enige van alle satellieten die wordt beïnvloed door een andere weerskracht: menselijk contact. Terwijl ze bezig waren met hun vitale taken, lieten de ruimtewandelende astronauten die de telescoop onderhielden hun handafdrukken achter op de buitenste huid.
Deze zichtbare handafdrukken zijn als het topje van een ijsberg, dramatische hints van een grotere massa die uit het zicht is. Voor mij symboliseren ze de talloze aardgebonden handen die de onderhoudbaarheid van de telescoop hebben ontworpen, de gereedschappen en apparatuur hebben gebouwd die nodig zijn om in-orbit-services mogelijk te maken, de cockpitbemanningen hebben opgeleid en aan elke missie net zo onvermoeibaar hebben gewerkt als de astronauten zelf. Elk van deze miskende mensen kan met recht beweren ook linkerhandafdrukken op Hubble te hebben.
Kathryn D. Sullivan is een NASA-astronaut (gepensioneerd), voormalig staatssecretaris van Handel voor Oceanen en Atmosfeer van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) en een inductee in de Astronaut Hall of Fame. Dit essay is een bewerking van en een uittreksel uit haar boek, Handafdrukken op Hubble: het uitvindingsverhaal van een astronaut , die op 19 november 2019 is gepubliceerd door MIT Press.