Космос — необъятный и непознанный мир. Он доступен далеко не каждому, а счастливчикам, прошедшим жёсткий отбор, предстоят многолетние тренировки и тяжёлые упражнения. Труд будет вознаграждён — и они летят в космос. Однако и там их ждёт упорная и трудная работа. Об этом рассказал Джеффри Алан Хофман, американский астронавт, совершивший 5 космических полетов и 4 выхода в открытый космос.

16 января 1978 года был зачислен в отряд астронавтов НАСА во время 8-го набора. Прошел Курс Общекосмической подготовки (ОКП) и в августе 1979 года был зачислен в Отдел астронавтов в качестве специалиста полета. Работал в лаборатории моделирования полета в Дауни, штат Калифорния, испытывал системы навигации и управления полетом. Работал также над системой маневрирования и стабилизации орбитальной ступени. Занимался разработкой процедур запуска спутников из грузового отсека. Входил в экипаж поддержки STS-5 и был оператором связи с экипажем во время полета STS-8 и STS-82. Далее — перевод выдержек из его лекции для студентов физического факультета БГУ.

— Я надеюсь, вы все знакомы с телескопом Хаббл. И вы знаете, что, когда он отправился в космос, в нём обнаружили серьёзные проблемы. И я был в команде астронавтов, которая чинила телескоп. Многие люди, в том числе и астронавты, не понимают, как могут появиться проблемы в телескопе, который даже до запуска стоил уже больше 1 млрд долларов. Я расскажу, что в сложной научной инженерской работе может пойти не так, и, возможно, это поможет вам в вашей будущей научной карьере.

 

Как появилась идея

Мечта о большом космическом телескопе появилась с началом космического века. Если у нас будет оптически идеальный телескоп, ограниченный лишь дифракцией, выше атмосферы, то появится и беспрецедентно чистый вид на Вселенную. Мы сможем видеть очень далёкие галактики, избегая проблем, которые есть у нас на Земле из-за атмосферы, которая портит фотографии. Также много инфракрасного и ультрафиолетового света не может пройти через атмосферу, а телескоп над атмосферой сможет уловить всё это.

Это была не единственная мечта, связанная с телескопом. Любой большой телескоп на земле начинается с большого зеркала. Если вы делаете зеркало для телескопа, оно будет работать десятки лет и даже века. Но приборы, которые устанавливаются, не могут не улучшаться. Телескопы до Хаббл невозможно было улучшить. Поэтому мечта о телескопе Хаббл — это не только мечта об оптически идеальном телескопе. Его дизайн разрабатывался таким, чтобы астронавты могли выйти в открытый космос, достать все устаревшие части и заменить на новые.

Для достижения дифракционного предела поверхность зеркала должна быть очень ровной.  И это был большой вызов. По факту, зеркало для телескопа Хаббл и было успешно сделано идеально ровным, и поэтому его разрешающая способность должна была быть ограничена только дифракцией. Телескоп доставили в космос весной 1990 на шаттле «Дискавери». Это вызвало огромный интерес, вышло много статей в газетах и журналах, на телевидении об невероятных открытиях, которые поможет сделать этот величайший в мире телескоп.

 

Катастрофа и её причины

Но первые фотографии, которые Хаббл прислал, были очень размытыми, он не смог нормально фокусироваться (см. фото). Конечно, это была катастрофа. Появилось огромное количество шуток про НАСА, про космический телескоп. Поэтому критически важно было устранить проблему. А для того, чтобы починить, надо сначала понять, как проблема появилась.

Телескоп был построен по принципам 20 столетия, где использовалось одно большое зеркало (в нынешних их несколько). Оно было сделано из огромного куска стекла. Это стекло полируется до нужной формы, чтобы свет был сфокусирован в одну точку. Самая лёгкая форма для полировки — сфера, сферическое зеркало. Вы можете провести много тестов для проверки идеальности сферического зеркала. Но у него есть проблема. Свет, который попадает на края зеркала, фокусируется не в ту точку, куда фокусируется свет, отражённый от центра зеркала. Это классическая оптическая погрешность.

Если вы хотите избежать такого, нужно делать другое зеркало, в котором весь свет будет фокусироваться в одной точке. Но форма для зеркала была сделана неверно. Причину нашли на фабрике, где и изготавливали зеркало для телескопа.  Оптические инженеры, астрономы и астронавты выяснили, что проблема возникла при установке нуль-корректора (прибора, который измеряет кривизну поверхности). У мастера, который его устанавливал, не получалось поместить его в нужное место, и, когда техник увидел зазор, просто вставил туда кусочек металла.

Это то, что мы называем «red flag» — сигнал об опасности. И предупреждение для всех — если вы проводите эксперименты и что-то выглядит немного неправильно, вы не можете просто забыть об этом и пойти домой. Следует рассказать об этом руководителю.

Линза была установлена ниже всего на 1,3 миллиметра, и кажется, что это совсем немного. Также зеркало было слишком плоским, с него удалили больше стекла. Насколько? На 1 микрон. То есть разница между идеальным зеркалом и тем, что у нас было, была по толщине 1 микрон. Толщина человеческого волоса равна примерно 80 микрон. То есть одна восьмидесятая от диаметра человеческого волоса вызвала проблему всего телескопа Хаббл.

Должен сказать, что несколько тестов проводилось ещё на Земле. И один из них показал, что есть проблема. К сожалению, почему-то решили, что первый из тестов более точный, чем второй, и не обратили на это внимания.

Тоже совет для вас. Если вы проводите какие-то критические вычисления, и два теста дают разные результаты, нельзя просто забыть об этом. Особенно, если потом у вас не будет возможности что-то поменять. Это и есть тот самый red flag. Если бы тогда на это обратили внимание, нам бы не пришлось чинить Хаббл.

 

Подбор команды и тренировки

Когда поняли, в чём проблема, стали думать, как её решить. При этом учитывая, что весь ремонт будут делать астронавты в открытом космосе в скафандрах. Корректировка предполагалась через 3 года после запуска, в 1993. Туда доставили не сами линзы, а готовый инструмент с уже собранной коррекционной системой линз. Но там также присутствовало большое количество других деталей, которые мы планировали заменить. Я был в составе первой ремонтной «бригады», всего же их было 5, последняя — в 2009 году.

У нас были проблемы и с солнечными батареями, и с другими приборами, но эта была самой сложной. Всего около 12 вещей, которые пришлось исправлять. И поэтому подбирали команду, которая уже делала что-то в космосе до того. Я как раз подходил — свои первые работы я выполнил на своём же первом полёте в 1985 году. Поэтому я и ещё несколько человек отправились спасать телескоп Хаббл.

Для наших тренировок впервые ввели виртуальную реальность, но большая часть проходила под водой. Скафандр с кислородным баллоном на земле весит около 120 килограммов, и если бы я сейчас был в нём, то вряд ли бы я устоял. Но в воде он, конечно, легче. Тогда условия под водой были максимально приближенными к космосу. Мы по много раз отрабатывали каждое движение, которое должны были делать во время ремонта. Мы тренировались больше года. Но самое захватывающее — это когда ты сидишь в ракете, всё мигает, всё трясётся, очень шумно. Ты смотришь в окно и видишь, как земля падает. Потом, конечно, нам пришлось и поработать.

 

Скафандр

Наш скафандр — один из самых сложных частей оборудования. Жизнь напрямую зависит от них. Они дают нам кислород, регулируют уровень избыточного давления, защищают от излучения, обеспечивают коммуникацию. Мы потратили целый вечер, чтобы проверить скафандры.

На утро я съел самый большой в своей жизни завтрак, потому что не был уверен, что смогу поесть в течение следующих 8-10 часов. У нас также было два комплекта нижнего белья. Дело в том, что в тени очень холодно, а на солнце очень жарко. И поэтому одно помогало нам согреться, а второе, наверху, было с холодной водой, которая помогала нам охлаждаться. Каждый наш инструмент надо было прикреплять шнуром — мы же не хотели, чтобы они улетели.

Стоит сказать, что скафандр — это что-то вроде воздушного шара. Если вы попробуете сжать длинный воздушный шар, то он будет распрямляться. То же самое и со скафандром — то есть приходится прилагать усилия, чтобы скафандр работал так, как ты хочешь, чтобы он работал. Также есть ещё проблема.

Когда ты выходишь из давления в 1 атмосферу в место с давлением в 3/10 атмосферы, газы в крови начинают пузыриться, и вы получаете декомпрессионную болезнь, примерно как дайверы, которые поднимаются с глубины слишком быстро. Так вот, когда мы надевали скафандры, должны были дышать чистым кислородом около 40 минут, чтобы достаточно насытить кровь. И только потом вы выходили наружу. Мы всегда выходим в космос вдвоём, потому что работы очень много, ну и для безопасности, конечно.

Наверно, не стоит говорить, что мы всё установили удачно, и телескоп делал просто потрясающие вещи. Посмотреть на них можно и сейчас.

Фото Анастасия Литвинчук и

hubblesite.org