Хаббл телескопын күзеу және жөндеу миссиясы STS-103

Кіріспе

1999 жылы Хаббл ғарыш телескобына американдық ұшқыштармен жасалған ғарышқа ұшу, шаттл миссиясы.

STS-103, шаттлдың 96-шы ұшырылысы және «Дискавери» шаттлының 27-ші ұшырылысы, Хаббл ғарыш телескобын күзеу миссиясы болды. Ол 1999 жылдың 19 желтоқсанында Флорида штатындағы Кеннеди ғарыш орталығынан ұшырылып, 1999 жылдың 27 желтоқсанында қайта оралды және 1990-жылдардың соңғы шаттл миссиясы еді. Техникалық және ауа райы себептерінен 13 күнге кешіктірілгеннен кейін Рождествоға дейін созылған жалғыз миссия осы болды.

Миссияның басты оқиғалары

STS-103-тің басты мақсаты Хабблді қызмет көрсету миссиясы 3А болды. STS-103 телескопты жаңарту және күзеу үшін төрт экипаж мүшесі екі-екіден жұмыс істеген төрт жоспарланған ғарыштан тыс іс-әрекет (EVA) күнін қамтыды. НАСА қызметкерлері телескоптың алты гироскопының үшеуі істен шыққаннан кейін, маусым айында жоспарланған қызмет көрсету миссиясының бір бөлігін алға жылжытуға шешім қабылдады. Телескоптың өте жоғары дәлдікте бағытталу талаптарын орындау үшін үш гироскоп жұмыс істеуі керек, ал телескоптың ұшу ережелері NASA-ға төртінші гироскоп бұзылғанша «шақыру» миссиясын қарастыруды талап етті. Төрт жаңа гироскоп алғашқы қызмет көрсету миссиясы (STS-61) кезінде 1993 жылғы желтоқсанда орнатылды, ал барлық алты гироскоп екінші қызмет көрсету миссиясы (STS-82) кезінде 1997 жылғы ақпанда жұмыс істеді. Содан бері 1997 жылы бір гироскоп, 1998 жылы тағы біреуі және 1999 жылы үшіншісі істен шықты. Хаббл тобы бұзылудың себебін түсінгенін сендірді, бірақ гироскоптар ғарыштан қайтарылғанша толық сенімді бола алмады. Үш жұмыс істейтін гироскопы болмаған жағдайда ғылыми байқаулар мүмкін болмас еді, бірақ телескоп қызмет көрсететін экипаж келгенше орбитада қауіпсіз күйде қалатын еді. Хабблдың гироскоптары газдық подшипниктерде минутына 19 200 айналыммен айналады. Бұл дөңгелек тығыз сұйықтықта орналасқан, герметикалық цилиндрде бекітілген. Электр тогы жұқа сымдар арқылы қозғалтқышқа жеткізіледі (шамамен адам шашының қалыңдығындай). Құрастыру кезінде қолданылған қысымды ауадағы оттегі сымдардың тозуына және жыртылуына себеп болды деп есептеледі. Жаңа гироскоптар оттегінің орнына азотпен құрастырылды. Әрбір гироскоп жылдамдық сенсор жинағының құрамына кіреді. Жылдамдық сенсорлары жұптасып, Жылдамдық сенсор бірлігі (RSU) деп аталатын жиынтыққа біріктіріледі. STS-103 астронавттары ауыстырған – осы RSU-лар. Әр RSU-дың салмағы және өлшемдері 12,8 х 10,5 х 8,9 дюйм (325 х 267 х 226 мм) құрайды. Желтоқсандағы ұшу кезінде барлық алты гироскопты ауыстырумен қатар, экипаж нақты бағыттау сенсорын (FGS) және ғарыш кемесінің компьютерін де ауыстырды. Жаңа компьютер ұшу бағдарламалық жасақтамасын күзеу жұмысын азайтып, шығындарды айтарлықтай төмендетті. Жаңа компьютер Хабблде бұрын қолданылған DF 224 компьютерінен 20 есе жылдам және 6 есе көп жадқа ие болды. Оның салмағы және өлшемдері 18,8 х 18 х 13 дюйм (478 х 457 х 330 мм) құрайды. Орнатылған FGS екінші қызмет көрсету миссиясынан қайтарылған жаңартылған құрылғы болды. Оның салмағы және өлшемдері 5,5 х 4 х 2 фут (1,68 х 1,22 х 0,61 м) құрайды. Сондай-ақ, ғарыш кемесі қауіпсіз режимге ауысқанда ғарыш кемесінің аккумуляторларын шамадан тыс зарядталудан және қызып кетуден қорғау үшін кернеу/температураны жақсарту жинағы (VIK) орнатылды. VIK аккумулятордың шамадан тыс зарядталуын және онымен байланысты қызуды болдырмау үшін зарядтаудың тоқтатылатын кернеуін төмендетіп өзгертеді. VIK-тың салмағы шамамен жөндеу миссиясы S-диапазонындағы жалғыз қолжетімділік трансляторын (SSAT) орнатты. Хабблде екі бірдей SSAT бар және олардың тек біреуімен жұмыс істеуге болады. SSAT Хабблден НАСА-ның Трекерлік деректер релейлік спутниктік жүйесі (TDRSS) арқылы деректерді жерге жібереді. Жаңа транслятор 1998 жылы істен шыққанды алмастырды. SSAT-тың салмағы және өлшемдері 14 х 8 х 2 3/4 дюйм (356 х 203 х 70 мм) құрайды. Үлкен көлемдегі деректерді тиімді өңдеу үшін қосымша қатты күйдегі жазу құрылғысы да орнатылды. Екінші қызмет көрсету миссиясына дейін Хаббл үш 1970 жылдарғы стильдегі катушкалы магнитофондарды пайдаланды. Екінші жөндеу кезінде механикалық жазу құрылғысының бірі цифрлық қатты күйдегі жазу құрылғысымен ауыстырылды. Бұл миссия кезінде екінші механикалық жазу құрылғысы екінші қатты күйдегі жазу құрылғысымен ауыстырылды. Жаңа жазу құрылғысы ескіге қарағанда шамамен 10 есе көп дерек сақтай алады (12 гигабайтқа қарағанда 1,2 гигабайт). Жазу құрылғысының салмағы және өлшемдері 12 х 9 х 7 дюйм құрайды. Соңында, EVA экипажы телескоптың сыртқы оқшаулауын ауыстырды, ол тозуға ұшыраған. Оқшаулау Хабблдің ішкі температурасын бақылау үшін қажет. Жаңа сыртқы қабат (NOBL) және қабық/қалқанды ауыстыру матасы (SSRF) Хабблды ғарыш кеңістігінің қатал ортасынан қорғауға көмектеседі. Ол телескопты күннен қараңғыға ауысқандағы, әр 90 минут сайын болатын қатты және жылдам температуралық өзгерістерден қорғайды. STS-103 «Ғарыштағы студенттік қолтаңбалар» (S3) бағдарламасының аясында жүздеген мың студенттің қолтаңбаларын да алып жүрді. Бұл бірегей жоба бастауыш мектептерге (айналмалы түрде таңдалған) арнайы плакаттарды ұсынды, оларға студенттер қол қойды, содан кейін олар дисктерге сканерленіп, НАСА ғарыш кемесіне жүктелді. Бұл «Дискаверидің» жеке ғарышқа соңғы сапары болды. «Дискаверидің» кейінгі барлық миссиялары Халықаралық ғарыш станциясына бағытталған миссиялар болды. Бұл миссияның миссия мамандарының бірі болған астронавт Джон Грюнсфельд «Марс планетасының туын» «Дискавериге» алып келді.

The primary objective of STS 103 was the Hubble Servicing Mission 3A. STS 103 had four scheduled Extravehicular Activity (EVA) days where four crew members worked in pairs on alternating days to renew and refurbish the telescope. NASA officials decided to move up part of the servicing mission that had been scheduled for June 2000 after three of the telescope's six gyroscopes failed. Three gyroscopes must be working to meet the telescope's very precise pointing requirements, and the telescope's flight rules dictated that NASA consider a "call up" mission before a fourth gyroscope failed. Four new gyros were installed during the first servicing mission (STS 61) in December 1993 and all six gyros were working during the second servicing mission (STS 82) in February 1997. Since then, a gyro failed in 1997, another in 1998 and a third in 1999. The Hubble team believed they understood the cause of the failures, although they could not be certain until the gyros were returned from space. Having fewer than three working gyroscopes would have precluded science observations, although the telescope would have remained safely in orbit until a servicing crew arrived. Hubble's gyros spin at a constant rate of 19,200 rpm on gas bearings. This wheel is mounted in a sealed cylinder, which floats in a thick fluid. Electricity is carried to the motor by thin wires (approximately the size of a human hair). It is believed that oxygen in the pressurized air used during the assembly process caused the wires to corrode and break. The new gyros were assembled using nitrogen instead of oxygen. Each gyroscope is packaged in a Rate Sensor assembly. The Rate Sensors are packaged in pairs into an assembly called a Rate Sensor Unit (RSU). It is the RSUs that the STS 103's astronauts changed. The RSUs each weigh and are 12.8 by 10.5 by 8.9 inches (325 by 267 by 226 mm) in size. In addition to replacing all six gyroscopes on the December flight, the crew replaced a Fine Guidance Sensor (FGS) and the spacecraft's computer. The new computer reduced the burden of flight software maintenance and significantly lowered costs. The new computer was 20 times faster and had six times the memory of the DF 224 computer previously used on Hubble. It weighs and is 18.8 by 18 by 13 inches (478 by 457 by 330 mm) in size. The FGS installed was a refurbished unit that was returned from Servicing Mission 2. It weighs and is 5.5 by 4 by 2 feet (1.68 by 1.22 by 0.61 m) in size. A voltage/temperature improvement kit (VIK) was also installed to protect spacecraft batteries from overcharging and overheating when the spacecraft goes into safe mode. The VIK modifies the charge cutoff voltage to a lower level to prevent battery overcharging and associated overheating. The VIK weighs about
The repair mission also installed a new S Band Single Access Transmitter (SSAT). Hubble has two identical SSATs onboard and can operate with only one. The SSATs send data from Hubble through NASA's Tracking Data Relay Satellite System (TDRSS) to the ground. The new transmitter replaced one that failed in 1998. The SSAT weighs and is 14 by 8 by 2 3/4 inches (356 by 203 by 70 mm). A spare solid state recorder was also installed to allow efficient handling of high volume data. Prior to the second servicing mission, Hubble used three 1970s style reel to reel tape recorders. During the second servicing mission, one of these mechanical recorders was replaced with a digital solid state recorder. During this mission a second mechanical recorder was replaced by a second solid state recorder. The new recorder could hold approximately 10 times as much data as the old unit (12 gigabytes instead of 1.2 gigabytes). The recorder weighs and is 12 by 9 by 7 inches in size. Finally, the EVA crew replaced the telescope's outer insulation that had degraded. The insulation is necessary to control the internal temperature on the Hubble. The New Outer Blanket Layer (NOBL) and Shell/Shield Replacement Fabric (SSRF) help protect Hubble from the harsh environment of space. It protects the telescope from the severe and rapid temperature changes it experiences during each 90 minute orbit as it moves from sunlight to darkness. STS 103 also carried hundreds of thousands of student signatures as part of the Student Signatures in Space (S3) program. The unique project provided elementary schools (selected on a rotating basis) with special posters to be autographed by students, then scanned onto disks and carried aboard a NASA Space Shuttle mission. It was the Discovery's last solo spaceflight. All later missions by Discovery were International Space Station missions. Astronaut John Grunsfeld, who was one of the mission specialists on this mission, brought a "Planet Mars Flag" aboard Discovery.