Миссия STS-103: Обслуживание и ремонт телескопа Хаббл в 1999 году.

Введение

1999 Американский пилотируемый космический полет к космическому телескопу Хаббл – миссия космического челнока.

STS-103, 96-й запуск космического челнока и 27-й запуск космического челнока «Дискавери», являлась миссией по обслуживанию космического телескопа Хаббл. Запуск был осуществлен с Космического центра Кеннеди во Флориде 19 декабря 1999 года, а возвращение на Землю – 27 декабря 1999 года. Это была последняя миссия шаттлов 1990-х годов. Она стала единственной миссией, охватившей период Рождества, после задержки на 13 дней по техническим и метеорологическим причинам.

Основные моменты миссии

Основной целью STS 103 была миссия 3A по обслуживанию телескопа Хаббл. STS 103 включала четыре запланированных выхода в открытый космос (EVA), в ходе которых четыре члена экипажа работали попарно в течение нескольких дней, чтобы обновить и отремонтировать телескоп. Представители NASA приняли решение ускорить часть миссии по обслуживанию, запланированной на июнь 2000 года, после выхода из строя трех из шести гироскопов телескопа. Для выполнения точных требований к ориентации телескопа необходимо, чтобы работали три гироскопа, и правила полетов телескопа предписывали NASA рассмотреть возможность экстренной миссии до выхода из строя четвертого гироскопа. Четыре новых гироскопа были установлены во время первой миссии по обслуживанию (STS 61) в декабре 1993 года, и все шесть гироскопов работали во время второй миссии по обслуживанию (STS 82) в феврале 1997 года. С тех пор один гироскоп вышел из строя в 1997 году, другой – в 1998 году, а третий – в 1999 году. Команда Хаббла считала, что понимает причину поломок, хотя они не могли быть уверены, пока гироскопы не будут возвращены на Землю. Наличие менее трех работающих гироскопов исключило бы возможность проведения научных наблюдений, хотя телескоп оставался бы на безопасной орбите до прибытия ремонтной бригады. Гироскопы Хаббла вращаются с постоянной скоростью 19 200 об/мин на газовых подшипниках. Это колесо установлено в герметичном цилиндре, который плавает в густой жидкости. Электричество подается к двигателю по тонким проводам (примерно толщиной с человеческий волос). Считается, что кислород в сжатом воздухе, использованном в процессе сборки, вызвал коррозию и обрыв проводов. Новые гироскопы были собраны с использованием азота вместо кислорода. Каждый гироскоп упакован в узел датчика скорости вращения. Узлы датчиков скорости вращения упаковываются попарно в узел, называемый блоком датчиков скорости вращения (RSU). Именно RSU были заменены астронавтами STS-103. Каждая RSU имеет размеры 325 x 267 x 226 мм. Помимо замены всех шести гироскопов в декабре, экипаж заменил датчик точной наводки (FGS) и компьютер космического аппарата. Новый компьютер снизил нагрузку на обслуживание летного программного обеспечения и значительно сократил расходы. Новый компьютер был в 20 раз быстрее и имел в шесть раз больший объем памяти, чем компьютер DF 224, ранее использовавшийся на Хаббле. Его размеры составляют 478 x 457 x 330 мм. Установленный FGS был восстановленным устройством, возвращенным из миссии по обслуживанию 2. Его размеры составляют 1,68 x 1,22 x 0,61 м. Также был установлен комплект улучшения напряжения/температуры (VIK) для защиты аккумуляторов космического аппарата от перезарядки и перегрева при переходе космического аппарата в безопасный режим. VIK изменяет напряжение отключения заряда до более низкого уровня, чтобы предотвратить перезарядку аккумулятора и связанный с этим перегрев. В ходе ремонтной миссии был установлен новый одноканальный передатчик S-диапазона (SSAT). На борту Хаббла имеется два идентичных SSAT, и он может работать только с одним из них. SSAT передают данные с Хаббла через систему ретрансляции данных NASA (TDRSS) на Землю. Новый передатчик заменил вышедший из строя в 1998 году. Размеры SSAT составляют 356 x 203 x 70 мм. Также был установлен резервный твердотельный накопитель для эффективной обработки больших объемов данных. До второй миссии по обслуживанию Хаббл использовал три катушечных магнитофона 1970-х годов. Во время второй миссии по обслуживанию один из этих механических накопителей был заменен цифровым твердотельным накопителем. Во время этой миссии второй механический накопитель был заменен вторым твердотельным накопителем. Новый накопитель мог хранить примерно в 10 раз больше данных, чем старый (12 гигабайт вместо 1,2 гигабайт). Его размеры составляют 305 x 229 x 178 мм. Наконец, экипаж EVA заменил внешнюю изоляцию телескопа, которая пришла в негодность. Изоляция необходима для контроля внутренней температуры Хаббла. Новый внешний слой покрытия (NOBL) и заменяющая ткань корпуса/экрана (SSRF) помогают защитить Хаббл от суровых условий космоса. Она защищает телескоп от резких и быстрых изменений температуры, которые он испытывает во время каждого 90-минутного оборота, когда он переходит от солнечного света к темноте. STS 103 также доставила сотни тысяч студенческих подписей в рамках программы "Студенческие подписи в космосе" (S3). В рамках этого уникального проекта начальные школы (выбираемые на ротационной основе) получали специальные плакаты для подписания учениками, которые затем сканировались на диски и доставлялись на борту космического корабля NASA Space Shuttle. Это был последний самостоятельный космический полет шаттла "Дискавери". Все последующие миссии шаттла "Дискавери" были миссиями на Международную космическую станцию. Астронавт Джон Грансфельд, один из специалистов миссии, взял на борт "Дискавери" "Флаг планеты Марс".

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.