آخرین تعمیر هابل در مدار چگونه انجام شد؟

آتلانتیس در این ماموریت، برای نخستین بار پس از سانحه انفجار شاتل فضایی کلمبیا، هنگام بازگشت به زمین نخستین و تنها ماموریتش را  که به جایی غیر از ایستگاه بین‌المللی فضایی است  انجام خواهد داد؛ ماموریتی که قرار بود پیش از این توسط شاتل فضایی کلمبیا انجام شود، به دلیل از بین رفتن این شاتل و مرگ غم‌انگیز هر 7 فضانورد آن، مدت‌ها موضوعی مهم در بحث‌های محافل تصمیم‌گیری علمی ‌و فضایی جهان بود.

اگرچه شن اوکیف، رئیس پیشین ناسا انجام این ماموریت را پس از سقوط کلمبیا منتفی اعلام کرد اما فشار محافل علمی‌که نگران از دست دادن یکی از مهم‌ترین سرمایه‌های علمی‌ بشر در سال‌های اخیر بود، باعث شد مایکل گریفین، رئیس جدید ناسا پس از مباحث بسیار، بار دیگر آن را در دستور کار شاتل‌های فضایی قرار دهد.

24 آوریل 1990غرش موتورهای پرتاب‌کننده شاتل فضایی دیسکاوری در حالی پایگاه کیپ کاناورال را به لرزش درآورد که در محفظه بار این شاتل، یکی از گرانقیمت‌ترین ابزارهای تاریخ علم بشر قرار داشت.

تلسکوپ فضایی‌ هابل که در این ماموریت در مدار زمین قرار گرفت، با خود امیدهای بسیاری را به مدار زمین برد و ستاره شناسان در انتظار معجزه‌ای بزرگ چشم به اخبار رسیده از شاتل دیسکاوری داشتند.

تلسکوپی با قطر آینه اصلی 2.4 متر که بودجه‌ای معادل 36 میلیون دلار صرف ساخت آن شده بود به فضا می‌رفت تا مهم‌ترین عضو مجموعه تلسکوپ‌های بزرگ فضایی ناسا باشد؛ تلسکوپ‌هایی چون کامپتون، چاندرا و اسپیتزر که قرار بود به همراه‌ هابل همه طیف الکترومغناطیس را پوشش دهند، اما در این میان ‌هابل داستانی دیگر داشت و کمک می‌کرد برای اولین بار دانشمندان از فراز آشفتگی‌های جوی زمین به دوردست‌های کیهان بنگرند و مرزهای جهان را گسترش دهند.

در لحظات ارسال نخستین تصاویر ‌هابل به زمین، نفس‌ها در سینه حبس شد، اما به جای فریاد‌های شادی، تنها آه‌هایی عمیق بود که از سینه مهندسان و دانشمندان بیرون آمد. هابل در مدار قرار داشت و همه چیز در ظاهر درست بود، غیر از آن‌که تصاویر ارسالی اگرچه از تصاویر زمینی شفاف‌تر بودند ولی نسبت به آنچه باید نشان می‌دادند افت قابل توجهی داشتند.

لو آلن (Lew Allen) مدیر وقت JPL در ناسا، کمیته‌ای برای پیدا کردن ریشه مشکل تشکیل شد و بررسی‌های کمیته آلن، نشان داد که انحنای آینه اصلی به دلیل ایرادی که در یکی از ابزارهای سنجش انحنا وجود داشته، دارای مشکلی بسیار کوچک اما موثر است. به همین دلیل، بلافاصله تلاش‌ها برای نجات یا به عبارت بهتر احیای ‌هابل آغاز شد تا تلسکوپی که اگر با طلای ناب ساخته می‌شد ارزان‌تر درمی‌آمد، بتواند نقشی موثر در جهان علم به‌عهده بگیرد. بدین ترتیب نخستین ماموریت تعمیر‌ هابل در دستور کار قرار گرفت.

بدین ترتیب، مجموعه‌ای از ماموریت‌ها برای تعمیر و افزایش عمر این ابزار آغاز شد که هفته گذشته آخرین آنها به وقوع پیوست.

عملیات 61 - STS یا اولین تعمیر ‌هابل را شاتل فضایی ایندیور انجام داد. این شاتل به همراه خدمه‌ای باتجربه که مدت‌های طولانی در شرایط مشابه و در استخرهای بزرگ ناسا به تمرین تعمیر ‌هابل پرداخته بودند، دوم دسامبر 1993 به ملاقات‌ هابل رفت.

برای رفع مشکل‌ هابل و به دلیل این‌که در عمل شانسی برای تعویض آینه اصلی وجود نداشت طرحی پیچیده برای اعمال تصحیح‌هایی روی دوربین‌ها و بخش نوری تلسکوپ در نظر گرفته شد که با اعمال آن، اثر این انحراف جزیی برطرف می‌شد. فضانوردان برای انجام این تعمیرات 5‌ بار دست به راهپیمایی فضایی زدند که کوتاه‌ترین آن 6 ساعت و 36 دقیقه و طولانی‌ترین آن 7 ساعت و 54‌دقیقه به طول انجامید.

عملیات تعمیر اول به پایان رسید و‌ هابل بار دیگر چشمان خود را به سوی کیهان باز کرد. این بار صدای فریادهای شورانگیزی بود که از مقابل نمایشگرهای دانشمندان از زمین به آسمان می‌رسید.‌ هابل تعمیر شده بود و در اولین گام نشان داد ارزش‌هایش حتی بیش از آن چیزی است که طراحان شاید در ذهن خود می‌پنداشتند. بدین ترتیب اولین ماموریت تعمیر‌ هابل با موفقیت به پایان رسید.

ماموریت تعمیر دوم: افزایش دید‌ هابل

دومین ماموریت تعمیر‌ هابل را دیسکاوری در 11 فوریه سال 1997 انجام داد. طی سال‌هایی که‌ هابل در فضا بود نه‌تنها بخشی از ابزار آن نیازمند اصلاح بودند که فناوری روی زمین هم پیشرفت کرده و امکانات جدیدی به دست آمده بود که می‌توانست عملکرد‌ هابل را افزایش دهد. به همین دلیل خدمه دیسکاوری (ماموریت 81 - STS) طی 4 راهپیمایی فضایی دشوار 2 ابزار قدیمی ‌هابل با نام‌های GHRS و FOS را با 2 ابزار جدید جایگزین کردند.

یکی از آنها طیف نگار تصویری تلسکوپ فضایی (STIS) و دیگری دوربین فروسرخ نزدیک و طیف‌سنج چند شیء (NICMOS) بود. همچنین سیستم ضبط اطلاعات علمی ‌و مهندسی قدیمی ‌این تلسکوپ با ضبط‌کننده جدید و مدرن عوض و سیستم عایق‌بندی حرارتی آن نیز تعمیر شد و بار دیگر‌ هابل به مدار زمین بازگردانده شد. این ماموریت نیز با موفقیت همراه بود، اما به دلیل مشکلی که در بخش حرارتی ابزار NICMOS پیش آمد، عمر آن به جای 5/4 سال تا حد 2 سال کاهش یافت.

عملیات تعمیر سوم: تعمیری ضروری در 2 مرحله

شاتل فضایی دیسکاوری در دسامبر سال 1999 در ماموریت 103STS- عازم تلسکوپ فضایی‌ هابل شد. این بار بخشی از مرحله سوم تعمیرات به عهده خدمه این شاتل فضایی بود و بخش تکمیلی آن به بعد موکول شد و به همین دلیل این تعمیر را به نام A3 Servicing Mission می‌شناسند. یکی از دلایل عمده‌ای که این تعمیر برنامه‌ریزی شده به دو بخش تقسیم شد این بود که 3 ژیروسکوپ تلسکوپ پیش از این ماموریت از کار افتادند و چهارمین آنها هم تنها چند هفته پیش از پرتاب از کار افتاد تا عمل امکان کار با ‌هابل از بین برود. به همین دلیل تعویض هر6‌‌‌ژیروسکوپ‌ هابل به عهده این ماموریت گذاشته شد.

در این ماموریت نه‌تنها هر 6 ژیروسکوپ عوض شدند بلکه یک کیت جدید کنترل دما و ولتاژ روی تلسکوپ نصب شد، روکش‌های عایق حرارتی تعویض شدند، یک سنسور ظریف هدایت‌کننده بر تلسکوپ نصب و همین‌طور یک کامپیوتر جدید به تلسکوپ اضافه شد. این رایانه با یک پردازنده 25‌‌مگاهرتز اینتل 486، و 2 مگابایت رم، اگرچه شاید خیلی پیشرفته به حساب نیاید اما 20 بار نسبت به نمونه قبلی خود سریع‌تر بود و 6 برابر آن فضای ذخیره اطلاعات در اختیار می‌گذاشت و با توجه به این‌که می‌شد از زبان‌های برنامه‌نویسی جدید در آن استفاده کرد، باعث صرفه‌جویی مالی زیادی در سال‌های بعد شد.

در ماه مارس سال 2002 شاتل فضایی کلمبیا عازم ‌هابل شد تا بخش دوم از سومین تعمیر پیش‌بینی شده را انجام دهد. با کمک این تعمیر بود که دوربین‌های جدیدی بر ‌هابل نصب و افق دید جدید‌تری پیش روی دانشمندان و مردم زمین گشوده شد. طی این ماموریت دوربین جدیدی به نام دوربین پیشرفته مساحی (ACS) به‌ هابل اضافه شد، همچنین مشکل بخش خنک‌کننده ابزار NICMOS که باعث شده بود از سال 1999 به بعد این ابزار نتواند کار کند تا حد زیادی برطرف شد و این ابزار بار دیگر به کار افتاد و توانست همراه با ACS یکی از به‌یاد ماندنی‌ترین تصاویر تاریخ‌ هابل یا تصویر فراژرف‌ هابل را تهیه کند. همچنین در این ماموریت برای دومین بار صفحات خورشیدی ‌هابل با نمونه‌های جدیدتری که قابلیت تولید 30 درصد انرژی بیشتری داشتند، جایگزین شد. خدمه کلمبیا پس از این ماموریت تعمیر، موفق به زمین فرود می‌آمدند، اما هیچ‌کس تصور نمی‌کرد این آخرین باری باشد که چرخ‌های شاتل فضایی کلمبیا زمین را لمس می‌کند. شاتل فضایی کلمبیا در پرواز بعدی خود و پس از انجام موفقیت‌آمیز ماموریتش در حین بازگشت به زمین در جو زمین منفجر شد و هر 7 فضانورد آن کشته شدند. با انفجار کلمبیا، پروازهای شاتل به طور موقت و برای حدود 2 سال تعلیق شد و بررسی‌های بیشتر نشان از خطرپذیر بودن پروازهای شاتل داشت. به این ترتیب کمیته تحقیق تصویب کرد از آن پس تنها تعداد معدودی پرواز و تنها به مقصد ایستگاه بین‌المللی فضایی و به قصد تکمیل آن انجام شود و از سال 2010 شاتل‌های فضایی برای همیشه بازنشسته شوند. به این ترتیب همه ماموریت‌های بعدی و از جمله چهارمین تعمیر تلسکوپ فضایی ‌هابل لغو شد.

تعمیر چهارم: پرواز دوباره ققنوس

پس از سال‌ها بحث و جدلی که در پی سقوط شاتل فضایی کلمبیا صورت گرفت سرانجام محافل علمی ‌توانستند مراکز تصمیم‌گیری را قانع کنند که باید تعمیری را برای‌ هابل انجام دهند. این ماموریت هفته گذشته آغاز شد. ضریب خطر این ماموریت به جای یک به 200 که در ماموریت‌های عادی وجود دارد یک به 185 بود و به دلیل اختلاف مدار‌ هابل با ایستگاه فضایی امکانی برای انتقال فضانوردان به ایستگاه در صورت خطر وجود نداشت به همین دلیل شاتل ایندیور برای انجام ماموریت اضطراری نجات در مدت ماموریت آماده روی سکو قرار گرفته بود. روز بعد از پرتاب مشخص شد برخوردی با زیر بال راست ‌هابل صورت گرفته است؛ اما آسیب آنقدر جدی نیست که عملیات نجات ضروری شود.

در این ماموریت دوربین دید گسترده شماره 3 (WFC) روی ‌هابل نصب خواهد شد. این دوربین که دوربین قوی و اصلی ‌هابل به شمار می‌رود، می‌تواند علاوه بر محدوده طیف مرئی، در هر دو بازه فرابنفش و مادون‌قرمز نزدیک به طیف مرئی نیز تصویربرداری کند و به این‌ ترتیب هابل خواهد توانست بیش از 90‌برابر تعداد اجرامی را ‌که در سال 1990 برای آن طراحی شده بود، ببیند. این ابزار به جای دوربین 2 WFC نصب شد و 2 WFC با شاتل به زمین بازگردانده خواهد شد. طیف‌نگار منشأ کیهان (COS) ابزار جدید خواهد بود که روی ‌هابل نصب شد و می‌تواند با بررسی نواحی فرابنفش به تحقیق درباره دما، چگالی، ترکیبات شیمیایی و سرعت گازهای میان کهکشانی بپردازد. این ابزار 10‌بار بیش از ابزار مشابه فعلی ‌هابل حساسیت دارد. این ابزار جایگزین ابزار COSTAR شد که برای رفع مشکل انحنای آینه اصلی به آن اضافه شده بود. هابل دیگر به این تصحیح‌کننده نیازی ندارد؛ چرا که ابزارهای جدید ‌هابل بر مبنای این خطای اولیه طراحی شده‌اند. همچنین ابزار دیگری نیز به نام اتصال نرم و سیستم ملاقات، به بدنه ‌هابل نصب شد تا اگر تصمیم بر آن شد که با کمک ماموریتی رباتیک ‌هابل از مدار خود خارج و به جو زمین سقوط کند یا برای موزه‌ها به طور سالم به زمین بازگردانده شود، بتوان این کار را انجام داد.

در کنار نصب این ابزارهای جدید همچنین عملیات تعمیر بخش‌هایی از ‌هابل نیز انجام شد. هر 6 واحد ژیروسکوپ‌های‌ هابل با ژیروسکوپ‌های جدید عوض شدند. همچنین یکی از 3 حسگر تنظیمات دقیق ‌هابل که برای رصدهای طولانی آن لازم است، جایگزین شد و 6 باتری نیکل هیدروژن ‌هابل نیز تعویض شدند. همچنین پوشش‌های حرارتی‌های که در شرایط محیط فضایی آسیب دیده‌اند نیز به پوشش‌های جدید تعویض شد.

تا چند هفته دیگر نتایج میزان موفقیت نصب ابزارهای ‌هابل مشخص خواهد شد و اگر همه چیز بخوبی پیش رفته باشد ‌هابل بار دیگر با قدرت به فعالیت خود ادامه خواهد داد تا روزی که ماموریتش در سال 2014 و زمانی که جیمز وب به مدار خواهد رفت، به پایان برسد. تا آن روز به گفته دکتر مبشر، نماینده سابق آژانس فضایی اروپا در موسسه تلسکوپ فضایی ‌هابل، ‌ما خواهیم توانست به پرسش‌‌های بسیاری پاسخ دهیم؛ اما به ازای هر سوال که پاسخی برای آن بیابیم، ده‌ها سوال جدید پیش روی ما قرار خواهد گرفت.

پوریا ناظمی