lol下注平台
您当前的位置:首页 > 工程案例 > 一线案例

多次濒临死亡的哈勃望远镜 曾被称为15亿次失误 它是怎么复活的

发布人:   时间:2020-10-12


二次维护:1997年,7名美国宇航员登上发现号航天飞机,更换了11台最新设备,修复了该部门剥落的绝缘层。

哈勃太空望远镜已经使用了30年,但它仍然可以发回许多令人震惊的宇宙照片。相比之下,斯皮策太空望远镜是2003年发射的,今年年初才退役17年,而1991年发射的康普顿望远镜只服役9年,2000年就坠毁在太平洋。

即便如此,该望远镜仍严重资金不足,国会也一直守口如瓶。无奈之下,NASA不得不向欧洲航天局求助。对于欧洲航天局来说,这恐怕是杯水车薪。所以他们给了人、努力、金钱和设备来帮助NASA。前提是欧洲航天局将获得望远镜15%的使用时间。因此,我们看到的哈勃太空望远镜的一些照片都是由两个太空机构合作的。

差点流产的哈勃望远镜

哈勃太空望远镜的原理本质上类似于折叠式反射望远镜,只是观测到的波长尺度越来越宽。光线撞击主镜后,通过主镜反射到副镜上。这里的主镜画的比李平好,其实是凹面镜。

(图片说明:1979年,Perkin Elmer公司的人员正在打磨哈勃望远镜的主镜)

(图片说明:哈勃望远镜示意图)

15亿美元“大错特错”

但是如何解决惩罚不是目的的问题呢?

(图片说明:抛光主镜时,人员可以看到主镜中间有一个孔,便于副镜反射的光线通过)

第四次维护:2001年,NASA用“哥伦比亚”号航天飞机替换了电池板和电源控制装置等设备。

1990年4月24日,著名的哈勃太空望远镜(HST)发射升空。

这个问题立刻成为当时的热点新闻,使得哈勃望远镜成为整个美国的焦点。《新闻周刊》杂志封面甚至有“15亿美元失误”的标题。

这是因为哈勃太空望远镜是唯一一台设计用于宇航员在太空中维修的设备(我们可以在前两章的基础上感受到我们是多么高兴它能被维修)。自发射以来,哈勃太空望远镜经历了五次维护更新。

艾伦委员会的观测结果表明,原来的望远镜研发项目包括球差的检测过程,即使用一种叫做“零校正器”的装置进行检测。但是在这个测试应该进行的期间,Perkin Elmer公司因为资金和项目进度的问题,对NASA不满,所以有点精神状态崩溃,所以很荣幸没有按照最初的要求组装零点校正器,导致了轻微的偏差。珀金埃尔默不知道这件事,但他们没有解决它。他们反而垫了几块金属强行消除偏差,试图全身而退。

憋不住了。

1990年4月23日,肯尼迪航天发射中心备受瞩目的时刻终于到来了。这个想法提出已经44年了。这架太空望远镜以一年前去世的著名天文学家埃德温哈勃命名,最终被送入发现号航天飞机并发射升空。4月24日,航天飞机发射后,哈勃太空望远镜正式开始服务。

这里还有恢复的空间。挑战者号航天事故给了他们时间和最后的机会,只要NASA的人再测试一次,发现问题。但是珀金埃尔默的手下不停地拍着胸口,以确保主镜没有问题,所以测试没有举行。

1986年1月28日是天文史上最悲伤的一天,挑战者号航天飞机爆炸,七名宇航员全部遇难。这次袭击迫使美国宇航局停止并暂停航天飞机的发射。

太空望远镜的优势

1962年,美国国家科学院也提交了一份声明,太空望远镜应该作为一个重要的天文视野发展。所以在1965年,美国宇航局成立了一个专门制造太空望远镜的委员会,其主席是斯皮策。

我也正是这么说的:钱不是万能的,但没有钱是万万不能的。

“代代相传”

本段开头的那句话,如果反过来,就是NASA当时遇到的尴尬。没钱什么都做不了,但钱不是万能的。即使有欧洲航天局的资助,望远镜的发射时间也前后推延,先是推迟到1986年3月,然后又推迟到同年9月。这一次,他们不用推了,因为问题不再是望远镜的建造问题。

1974年,在太空望远镜问世之前,“可怜”的科学家只能用飞机把观测设备带到空中进行有限的观测。例如,柯伊伯航空观测站使用一架改装的C-14飞机飞到12500米的高度,以提高人类在相对稀薄的大气中的观测能力。

效果因为主镜的曲率有微小的偏差,所以出现了实际像点和理想像点的差异。这种偏差称为球差和球差。据计算,当时哈勃望远镜的球差只有2.2微米,是人发的十分之几。然而,这种偏差对于像哈勃这样的超精密设备来说是致命的。中国人常说“一错千里”。哈勃更夸张,少了微米,距离我们几光年。

哈勃发回的第一张照片出乎意料的不清晰,可能是这样的。

喷气推进实验室主任卢艾伦领导的委员会立即寻找原因,最终发现问题仍然出在珀金埃尔默公司。这些技术人员恐怕已经气得不知道当初为什么把这个任务交给这家公司了。

戈达德高分辨率摄谱仪(GHRS):戈达德空间导航中心进行的光谱分辨率高达90,000的观测主要集中在紫外波段,1997年被空间望远镜成像摄谱仪(STIS)取代;

高速光度计(HSP):在紫外、可见光和近红外波段,每10微秒测量一次天体的光度变化和偏振;

至此,哈勃望远镜终于脱离了人们的讽刺,将成为未来人类观察宇宙最重要的“一只眼睛”。在接下来的27年里,它以其强大的观测能力无数次向我们展示了最壮观、最深邃、最神秘的宇宙,诉说着这个宇宙隐藏的秘密。

(图片说明:猫眼星云,宇宙经典景观)

15亿美元买50美分的特效。

为什么天文学家把目光投向了太空?地球的这个“小庙”不就是作为“大佛”容纳不下望远镜吗?

图为哈勃太空望远镜的结构

早在1923年,德国航天先驱之一赫尔曼奥尔勃斯就首次提出了用火箭将望远镜送入太空的想法。

为什么哈勃独一无二,30年依然常青?

1993年,NASA发射了奋进号航天飞机,哈勃望远镜被机械臂捕捉到航天飞机中。在接下来的7天里,宇航员将矫正光学太空望远镜轴向替换系统(COSTAR)安装到哈勃望远镜中,以消除球面像差。由于哈勃望远镜中的位置不足,NASA不得不放弃五大武器中的高速光度计(HSP)。同时,他们还用第二代广域和行星相机代替了第一代,提高了观测能力。

广域和行星相机(简称WF/PC):在为哈勃提供了最高的分析能力后,被第二代和第三代广域相机所取代。

微弱物体摄谱仪(FOS):1997年,观测波长为1150-8500埃的摄谱仪被空间望远镜图像摄谱仪(STIS)取代。

而且地球大气层可以屏蔽或削弱很多波段的电磁波。例如,众所周知,臭氧层可以吸收大部分紫外线来保护我们免受太阳辐射的伤害,但它也阻止了科学家利用紫外线波段来观察宇宙。如果天文望远镜能脱离地球大气层,就能在不受大气层干扰的情况下,大大拓展人类的视野。

问题已经找到了,那么这个问题是怎么出现的呢?

由副镜反射的光穿过主镜中的孔,并会聚在焦点处。只要把吸收仪放在焦点上,远处的天体就可以放大。这里首先主镜要有完美的平面度,其次主镜的曲率要完美实现。不然看上面的示意图就知道光会散射。

直到1979年,也就是望远镜最初计划发射的那一年,它的主透镜才刚刚开始抛光。直到两年后,负责这项任务的Perkin Elmer公司依然没有完成打磨。这时候打磨成本已经超出了原来的预算。NASA别无选择,只能决定“打八折”,把这台望远镜的口径改为2.4米,也就是现在哈勃望远镜的口径。从这个角度看,哈勃望远镜只是一个“次品”。

暗物相机(昏物相机简称:FOC):提供极高的分析能力,能以0.05角秒分辨天体;

太空望远镜的想法比你想象的要早得多。

现在哈勃望远镜已经成为世界上最著名的望远镜,它公布的每一张宇宙照片都引起了人们的极大关注。但回顾哈勃望远镜的发射过程,我们只能想到——这几个字,跌宕起伏,波折曲折。

为什么哈勃能持续30年

相反,参与哈勃望远镜研发的人员抓住这个机会,继续提高望远镜的敏捷性,创新地面控制系统。而原本计划乘坐航天飞机飞入太空的哈勃望远镜,却不得不住在一个干净的房间里,无异于白烧钱。望远镜的发射迫在眉睫。

地球的大气层对生命的存在非常重要。没有它,地球现在就死定了。但它阻挡了来自外太空的辐射,也阻挡了人类的视觉。虽然我们肉眼看不到空气,但这并不意味着它真的“看不见”。大气湍流给天文学家的天文观测带来了巨大的障碍。

(哈勃太空望远镜与人体尺寸对比)

就像天文学家埃德温哈勃以他的名字命名一样,哈勃望远镜是人类天文史上的一个里程碑。在人类进步的道路上,里程碑会一个接一个地被留下。但是我们永远不会忘记里程碑旁边的风景和里程碑告诉我们的一个原则:我们永远在前进!

(图片说明:M100星系左侧是哈勃在1993年维修前拍摄的图像,右侧是校正后拍摄的效果)

感谢阅读。

然而这个由无数天文学家建造的望远镜,承载了无数人对宇宙的希望和憧憬,却在发回第一张照片时让所有人大吃一惊。这是怎么回事?

(图片说明:哈勃太空望远镜拍摄的猎户座星云照片)

盛衰

哈勃望远镜的观测能力远弱于预期的原因在于主镜的打磨。这要从哈勃望远镜的原理说起。

(图片说明:哈勃望远镜2示意图)

艾伦委员会认定,这种偏差的主要错误是珀金埃尔默公司的粗心大意,该公司在你知道的压力下被迫支付了1500万美元。同时,NASA相关人员也因表现不佳而受到严厉批评。

与哈勃相比,JWST的观测效率更惊人,其观测波段比哈勃更宽。哈勃望远镜的孔径为2.4米,而JWST可达6.5米。所以前者的观测极限大约是134亿光年,而后者可以观测到136亿光年外的样子,也就是BIGBANG之后的2亿年左右。

(图片说明:技术人员在安装前检查哈勃望远镜的主镜。这种镀铝层可以增强反射效果,增强哈勃的观察能力)

不是你的眼睛。你手机屏幕没问题。这是哈勃太空望远镜。

第一次维护:正是前面提到的1993年的维护成功,使哈勃望远镜免于死亡,幸运的是,著名的彗星碰撞图片在第二年被拍摄下来。

姗姗来迟的发射

无论是理论上还是其他一些初步的实践结果都告诉我们,太空望远镜有着巨大的观测优势。1968年,美国宇航局正式决定制造一架直径3米的太空望远镜,暂定名为大型轨道望远镜或大型太空望远镜(LST)。预计发射时间是1979年。这台望远镜是哈勃太空望远镜。

斯皮策一生致力于太空望远镜的发展,为哈勃望远镜等太空望远镜的发射做出了很好的孝道。所以NASA也以他的名字命名了2003年发射的太空望远镜。这是斯皮策太空望远镜,今年刚刚退役。

纸挡不住火。当哈勃望远镜发回的第一张照片出现在人们面前,也就是人们目瞪口呆的时候。

这时,原来预算只有4亿美元的哈勃望远镜已经烧毁了近15亿美元。它配备了五种主要武器:

天文学家似乎被晴天霹雳击中了。他们游说许多人亲自拜访国会议员和参议员。1977年,经过不断努力,参议员们决定恢复一半的预算。

美国国会质疑这台望远镜的高额预算,要求采取措施削减预算。当科学家们绞尽脑汁思考如何削减预算时,他们被告知没有必要考虑这个问题。——富起来的不是国会,而是国会明确表示取消这个项目。

原创概念

第三次维修:1999年哈勃望远镜更换了部分绝缘设备、传感器等设备,还更换了全部六个陀螺仪。陀螺仪对航天器的定位和运动具有重要意义,康普顿望远镜因陀螺仪损坏而退役。

将望远镜拉回地面进行维护并非不可能,但高昂的成本令人望而却步。好在还有解决问题的余地。他们可以在太空中为哈勃望远镜“戴眼镜”。通过重新计算和反复检查,技师得出主镜的锥常数是-1.013900.0002,而不是预定的-1.00230。

第五次维修:由于2003年哥伦比亚号航天事故,延期到2009年,当时的主管批准了。未来哈勃望远镜还没有进行维护,但经过这次维护,推测可以工作到2030-2040年。

1946年,美国天文学家小莱曼斯必泽发表论文《Die Rakete zu den Planetenrumen(火箭进入行星空间)》,正式提出了空间望远镜的观点和优点。

尽管多次维修,我们知道哈勃望远镜总有一天会退役。幸运的是,美国宇航局已经准备好了下一代望远镜,这就是詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)。

哈勃望远镜在尺寸上类似于公共汽车。口径2.4米,总宽4.2米,长13.2米,重约11.11吨。现在它正以每秒7.59公里的速度在大约540公里的高度绕地球运行。

(图片说明:哈勃望远镜结构示意图1)

(图片说明:宇航员在天上修理哈勃望远镜)

但是,这个计划从一开始就面临着一个大问题:钱。

上一篇:新思维饲养:夏季鸡舍纵向通风操作 下一篇:一线海景超大 只需要土豪一起住