Paradigmeskift

Missionen til reparation af Hubble omarbejdes til en ny tidsalder med udforskning

Frank Morring, JR. & Jefferson Morris / Goddard Space Flight Center

Data fra Hubble og tre andre teleskoper gav dette første indirekte billede af mørkt stof (blå) i en kollision mellem to galakser. Planlagte opgraderinger og reparationer vil muliggøre dybere analyse af det mystiske materiale, der vurderes til at udgøre 24% af Universet.

Opgraderinger og reparationer, der er planlagt for Hubble Space Telescope, kan hjælpe astronomer med at genstarte den kosmologiske zeitgeist for fremtidig udforskning af rummet.

     Men bortset fra det videnskabelige resultat vil astronauterne, som udfører den nyligt bekendtgjorte servicemission i foråret 2008, arbejde i et operativt miljø, som er omdannet af NASA’s skift til menneskelig udforskning hinsides den lave kredsløbsbane om Jorden.

     Ligesom videnskaben, der kan blive mulig med nye og reparerede Hubble instrumenter, kunne være ”paradigmeændrende”, som Hubble forsker David S. Lekrone formulerer det, har paradigmet for rumfærgemissioner ændret sig i kølvandet på Colombia ulykken. Tabet af Colombia førte til beslutningen om at lade det amerikanske menneskelige rumflyvningsprogram sigte på Månen som et trin på vejen til Mars, så Hubble missionen vil være en sidste stump gammelt rumfærgearbejde før disse anstrengelser for alvor kommer igang.

     Et nøgleemne i beslutningen om at indsætte den længe planlagte Hubble mission i en stram rækkefølge for endelig samling af International Space Station (ISS) var dens betydning for planen til prøveflyvning af Ares 1 raketten, som er under udvikling til næste fase af den amerikanske menneskelige rumforskning. Skønt rumfærgen er sat til at trække sig tilbage i september 2010, besluttede NASA at forsinke modifikationer af de to menneske-mission affyringsramper på Kennedy Space Center, så de kan være klar til at sende en rumfærge til at redde Hubble besætningen, hvis deres fartøj bliver udsat for de samme skader fra stumper, som dødsdømte Colombia.

     For at bestemme om redning behøves, vil de syv astronauter, der er udnævnt til at servicere Hubble, skulle presse to af de pedantisk omhyggelige inspektioner af varmebeskyttelsessystemet, som blev udviklet efter ulykken, ind i deres nominelle 11-dages mission, som er planlagt til at inkludere fem rumvandringer på fem dage. Da teleskopets bane slet ikke er i nærheden af ISS vil besætningen på rumfærgen ikke få hjælp fra besætningen på stationen til inspektionen eller kunne bruge stationen som et sikkert sted, hvor de kan afvente redning om nødvendigt. I stedet vil rumfærgeprogrammet pakke forsyninger efter muligheden for et langt ophold i den trange orbiter.

     ”Vi kan få 25 dage ud af rumfærgen i kredsløb uden at komme til slutningen af vore reserver og vi har godt over 95% chance for at kunne få en orbiter af sted fra rampen indenfor de første seks dage af vort forsøg derpå,” siger administrator Michael Griffin. ”Det er vort historiske middeltal gennem 25 års operation.”

Shuttle astronauterne vil udføre et sidste besøg hos Hubble Space Telescope, som sidst blev serviceret og fotograferet i 2002.

Besætningsmedlemmerne til servicering af Hubble ved, at de vil være de sidste, der besøger teleskopet, og ét mål for deres succes vil være, om de efterlader teleskopet i så god stand, at det kan overleve længe nok til at arbejde i tandem med det kommende James Webb Space Telescope (JWST). Planer om at installere en faststof de-orbit motor på teleskopet er blevet kasseret til fordel for en passiv-indfangning mekanisme, der kan arbejde med den næste generation robotter, som udvikles til NASA’s tilbagevenden til Månen.

     ”Hvis vi skulle medtage et de-orbit modul på denne mission, ville det forhindre os i at tage nogle videnskabelige instrumenter eller gyroer eller lignende op,” siger Goddard direktør Ed Weiler, som var chefforsker på Hubble projektet i 1979-98.

     Potentiel videnskab med teleskopet – og troen på at det kunne blive opgraderet sikkert – var en stor drivkraft ved Griffins beslutning om at autorisere serviceringsmissionen efter den blev aflyst af hans forgænger, Sean O’Keefe, på grund af sikkerhed og budget. Hvis missionen går som planlagt, siger Leckrone, lover det, at bringe det kredsende instrument til ”toppen” af dets evner og sætte det i stand til at udpege vejen til at besvare nogle fundamentale spørgsmål, som dets tidligere opdagelser hjalp med at rejse om Universets natur.

     Astronomer håber at bruge to nye instrumenter, der skal installeres på denne femte astronautvisit til teleskopet – Cosmic Origins Spectrograph (COS) og Wide Field Camera 3 (WFC3) – til at undersøge ændringer i det mørke stofs natur med tiden og at se dybere ind i det kosmiske daggry, da Universet blev gennemsigtigt efter Big Bang.

     Vanskelige reparationer af et fejlet tredje instrument, Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), burde muliggøre analyse af atmosfæren på udensols planeter. Det opgraderede Hubble vil måske også kunne styre udviklingen af rumfartøjer til studiet af den mystiske mørke energi, der driver Universets udvidelse hurtigere, end man kan forklare i dag.

     ”Op til dette tidspunkt har Hubble ikke nærmet sig grænserne for, hvad det er i stand til at gøre og med de nye instrumenter, vi vil anbringe ombord, og når vi køber os yderligere fem års levetid tror jeg, at vi kan begynde at nærme os den endelige grænse,” siger Leckrone.

     Med COS, siger Leckrone, vil forskerne begynde at undersøge mørkt stof ”tomrummene” mellem ”trådene” af galakser, der udgør de største strukturer i Universet. Astronomer har allerede brugt Hubble, i kombination med Chandra X-ray rumteleskopet og to store jordbaserede instrumenter, til at opnå de første indirekte billeder af mørkt stof. Nu håber de at bruge COS ”til at undersøge de individuelle tråde og tomrummene i det kosmiske spind og bestemme ikke blot de fysiske egenskaber, men hvordan disse egenskaber har ændret sig med tiden, den kemiske sammensætning, trykkene, tæthederne, hastighederne og den overordnede underliggende struktur af det kosmiske spind,” siger Leckrone.

     Astronomer planlægger at bruge WFC3 til at gå hinsides Hubbles ”ultra deep field” undersøgelserne med lang eksponeringstid i synligt lys og inkludere bølgelængder, der stækker sig fra 200 nanometer – ultraviolet – til 1.700 nanometer – nær infrarød. Det vil skubbe observationerne tilbage hinsides 700 millioner år efter Big Bang ind i den periode, hvor stjerner og galakser dannedes og opvarmede universet til det punkt, hvor det blev gennemsigtigt.

     ”Vi er lige begyndt at trænge ind i denne periode med gen-ionisering med Hubble,” siger Leckrone. ”Vi ønsker at gå dybere og med WFC3 og dets IR kamera, vil vi kunne trænge endnu dybere ind, stikke næsen ind i dette område.”

     Opdagelser gjort med det nye instrument vil styre astronomernes brug af James Web Space Telescope, efter det bliver opsendt i 2013 og hvis Hubble holder længe nok, kan det måske endda arbejde i tandem med det synligt-til-midt-IR Webb instrument og give parallelle observationer i de andre bølgelængder.

     Servicemission planer viser, at besætningen skal erstatte et kredsløbskort inde i STIS og tilføje en radiator for at forbedre dets detektorer. Instrumentet fejlede kort efter astronomer havde brugt det til at analysere atmosfæren på en udensols ”varm Jupiter” og de er ivrige efter at få det genstartet og genoptage det arbejde.

     I sidste ende burde observationer med det reparerede Hubble også hjælpe med at forfine viden om mørk energi med flere målinger af type IA ”standard lys” supernovaer for at give astronomer en bedre ide om Universets udvidelseshastighed. Det vil styre udviklingen af planlagte ”paradigmeændrende” missioner for at studere den mystiske kraft, der driver udvidelsen.

     ”Hubble har allerede ændret paradigmet ved at være en vigtig bidragyder til opdagelsen af mørk energi og hjælpe med at indsnævre området af muligheder for, hvad mørk energi er,” siger Leckrone. ”Men det er vigtigt, at disse fremtidige missioner stiller de rigtige spørgsmål og vi kan på dette felt nå betydeligt længere med Hubble, så vi, når tiden kommer til at bygge en mørk energi mission, virkelig stiller de rigtige spørgsmål.”

     Sidste sommers succesfulde STS-121 retur-til-flyvning mission og den STS-115 ISS konstruktionsflyvning, der fulgte, gav Griffin og andre øverste ledere i NASA tillid til, at teleskopet kunne blive serviceret af en menneskelig besætning i relativ sikkerhed uden ISS i nærheden. Selv før STS-121 flyvningen lagde astronaut John Grunsfeld, veteran fra to Hubble servicemissioner, planer for den sidste servicemission, der blev bekendtgjort sidste uge.

     Grunsfeld vil på turen tilbage til teleskopet blive ledsaget af to af sine kammerater fra STS-109 Hubble servicemissionen i 2002, mission commander Scott D. Altman og rumvandrer Michael J. Massimino. Veteran håndværkerne vil udenfor blive ledsaget i separate tomandshold af første-gang mission specialister Andrew J. Feustel og Air Force Col. Michael T. Good. Navy Reserve Capt. Gregory C. Johnson, som laver sin første rumflyvning, vil være servicemissionens pilot og K. Megan McArthur, endnu en første-gang flyver, vil betjene rumfærgens robotarm i den vanskelige koreografi, der er nødvendig for at udføre alt arbejdet.

     Ud over at installere de to nye instrumenter vil besætningen reparere STIS, en opgave der vil kræve åbning af instrumentet, fjernelse af 111 skruer og fange dem med en sindrig anordning, der oprindeligt blev udviklet, da NASA overvejede en robot service mission. Besætningen vil også udskifte fejlede gyroskoper og batterier for at forlænge servicelevetiden til mindst 2013 og erstatte en nedgraderet finstyrings føler med en genopfrisket enhed og installere rustfri stål plader til beskyttelse af den termiske isolering på grund af, at tæpperne med mange lag opløses.

     Man mangler endnu at se, hvilken betydning, om nogen, servicemissionen vil have på den første flyvning med Ares 1 opsendelsesfartøjet, der skal bære det planlagte Orion besætningsmodul i kredsløb i foråret 2009. Ares programmet er på sporet til at flyve den mission, som essentielt er en adskillelsesprøve med et fire-segments faststof første trin, et dummy femte segment og dummy øvre trin og Orion.

     Rumfærgeprogrammet havde planlagt at overdrage Launch Pad 39B på KSC til Constellation Program for modifikationer efter den i december 2006 kommende STS-116 mission. Det vil glide med Hubble beslutningen og jord-infrastrukturingeniørerne udarbejder stadig betydningen af dette.

     ”Vi er bestemt ikke i fare for af miste nogen vigtige Constellation milepæle,” siger Griffin. ”Den første prøveflyvning af Ares 1 fartøjet skal måske justeres.”

     Givet den videnskabelige værdi af Hubble indtil nu og dets popularitet blandt den almene offentlighed, betyder en kort forsinkelse i udviklingen af de menneske-tilpassede opsendelsesfartøjer måske ikke så meget i det store billede.

     ”Nogen, som måske går i skole nu, eller måske i gymnasiet, kan være den person som, inspireret af noget Hubble videnskab, fortsætter med at blive medlem af den første besætning, der træder i land på Mars,” siger Grunsfeld. ”Jeg synes det ville være helt spændende.”

Fra Aviation Week & Space Technology, 6. november 2006.

15. november, 2006.

Index