«Это потрясающая штука»: как создавался космический телескоп «Хаббл»
21 Октября 2017, 15:00

«Это потрясающая штука»: как создавался космический телескоп «Хаббл»

Книга одного из самых известных астронавтов современности Майкла Массимино

Сегодня Майкл Массимино — один из тех, кто олицетворяет собой современную космонавтику: он первым придумал писать в twitter из космоса и играет самого себя в популярном телесериале «Теория Большого взрыва». «Астронавт: Необычайное путешествие в поисках тайн Вселенной» — это драматическая и мотивирующая история о том, как мечта превращается в реальность, о дружбе и взаимовыручке, о передовой науке и изощренных технологиях. А еще эта книга рассказывает о том, зачем человечеству летать к звездам.

Открытая Россия с разрешения издательства «Альпина нон-фикшн» публикует отрывок из книги Майкла Массимино «Астронавт: Необычайное путешествие в поисках тайн Вселенной».

Представьте себе, что вы стоите на крыше Эмпайр-стейт-билдинг на Манхэттене и держите в руке лазерную указку. А теперь представьте, что я нахожусь в округе Колумбия, стою на вершине памятника Вашингтону и держу в руках монетку в десять центов, а вы можете попасть в нее лучом лазерной указки. Теперь вообразите, что вы вместе с Эмпайр-стейт-билдинг перемещаетесь со скоростью 27 000 км/ч в одном направлении, а памятник Вашингтону и монетка со скоростью несколько тысяч км/ч — в другом направлении, а вы по-прежнему можете удерживать луч на монете, хотя мы разбегаемся в противоположных направлениях с невероятной скоростью.

Именно это делает космический телескоп имени Хаббла. Это потрясающая штука. «Хаббл» можно включить в список великих инженерных достижений в истории человечества наряду с египетскими пирамидами и Великой китайской стеной. Он был назван в честь Эдвина Хаббла, астронома, который открыл, что галактики, подобные нашей, существуют вне Млечного Пути, и первым установил, что Вселенная расширяется. Это был научный прорыв, который привел к теории Большого взрыва. Ученые стали размышлять о преимуществах теле скопа, находящегося в космосе, практически тогда же, когда мы начали строить космические корабли. Такой телескоп сможет видеть свет, неискаженный завихрениями атмосферы. Также ему будут доступны ультрафиолетовые и инфракрасные части спектра, которые поглощаются земной атмосферой. Расположенный в космосе телескоп сможет увидеть и изучить такое, что ни один человек никогда и не мечтал увидеть.

Телескоп «Хаббл» способен на все это и даже больше. Он делает инфракрасные снимки далеких планет, что помогает определить, на каких из них могла бы зародиться жизнь, в основе которой находится углерод. Телескоп с потрясающей точностью измеряет расстояния между звездами. Он показал нам, как быстро расширяется Вселенная, и помог точно определить ее возраст (13,8 млрд лет, если вам интересно). С помощью «Хаббла» открыли четыре ранее неизвестных спутника Плутона. Он помогает узнать, как появляются звезды и как формируются черные дыры. Большая часть открытий, сделанных с помощью телескопа, — это ответы на вопросы, которые мы не знаем, как задать. «Хаббл», вне всяких сомнений, единственный в своем роде и самый важный инструмент, которым сейчас располагает человечество для изучения Вселенной и нашего места в ней.

То, как телескоп работает, почти так же невероятно, как и то, что он делает. В телескопе нет никаких двигателей. Он собирает энергию солнечных лучей и использует ее для питания внутренних маховиков. Маховики крутятся, и перемещение массы вращающихся маховиков направляет телескоп. Кроме того, есть еще шесть гироскопов, которые также вращаются, чтобы удерживать телескоп наведенным на определенную цель, в то время как он несется сквозь космическое пространство. Сам телескоп находится внутри космического аппарата, гениально спроектированного для того, чтобы защитить приборы внутри. Обращаясь вокруг Земли, он проходит через границу смены дня и ночи, и температура внешней поверхности колеблется от +90 °С до —130 °C. Даже в таких суровых условиях внутри аппарата поддерживается комфортная комнатная температура, позволяющая идеально откалибровать приборы для выполнения задач.

Майкл Массимино. Фото: NASA / Reuters

Майкл Массимино. Фото: NASA / Reuters

Запуск «Хаббла» на орбиту был самым громким событием в исследовании космоса после первого запуска шаттла. Телескоп разрабатывали с начала 1970-х гг. и должны были ввести в эксплуатацию в 1983 году. По техническим причинам эта дата была отложена. В декабре 1985 году, когда я еще работал в IBM, я торопился пройти через Пеннстейшн, чтобы успеть на свой поезд. На глаза мне попалась стойка с газетами, и мое внимание привлекла обложка журнала Life. Там был астронавт, разрывающий полотно космоса так, что в прорехе была видна далекая желто-оранжевая туманность. Заголовок гласил: «Видеть дальше звезд: предварительный обзор самого важного года для Америки в космосе». Я поспешил купить журнал и прочитал его прямо в поезде.

Из-за катастрофы «Челленджера» 1986-й стал важным годом в космических исследованиях, но совсем в другом смысле. Программа Space Shuttle была приостановлена, и запуск телескопа снова отложили, теперь на 1990 года. К тому времени, когда он наконец был запущен, проект, на который предполагалось потратить $575 млн, стоил уже $1,8 млрд, и только после запуска мы обнаружили, что телескоп не работает. Его главное зеркало диаметром 2,4 метра имело дефекты из-за отклонений от правильной формы. По краям оно было слишком плоским, отклонение было совсем крошечным — оно составляло всего 2,2 микрометра, меньше толщины человеческого волоса. Но этого было достаточно для того, чтобы свет отражался неправильно и телескоп не мог сфокусироваться. Все эти изображения в видимом диапазоне спектра, все эти замечательные фотографии далеких галактик и туманностей, которые каждый мечтал увидеть на календаре или экране своего компьютера, — телескоп не выдал ни одного из них! Это была просто катастрофа, огромный конфуз для всей космической программы.

К счастью, «Хаббл» можно было починить. Умные, точные машины очень капризны. Чтобы они работали правильно, им нужна любящая, заботливая рука, и телескоп не был исключением из правила. Именно поэтому его построили так, чтобы астронавты могли его отремонтировать. Когда «Хаббл» запустили, в бюджет НАСА были заложены четыре миссии обслуживания, поскольку астронавты должны были полететь к телескопу, провести ремонт и модифицировать оборудование в соответствии с новейшими техническими достижениями. После того как обнаружилась проблема с зеркалом, первый из этих полетов обслуживания превратился в спасательную операцию.

Непосредственно зеркало заменить было нельзя. Его диаметр был слишком большим, и оно не было блочно-модульным, как некоторые другие части телескопа. Но, хотя зеркало и было отполировано неправильно, это было сделано так тщательно, что мы точно знали, как его откорректировать, поэтому можно было добавить корректирующие линзы. Попросту говоря, мы снабдили «Хаббл» очками. Первая экспедиция обслуживания, STS-61, состоялась в 1993 г. Экипаж установил Систему оптической коррекции аберрации космического телескопа (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, COSTAR) — приспособление, состоящее из зеркал размером с монету, которые ставились на пути лучей света так, чтобы изображение оказы-валось в правильном фокусе. Экспедиция STS-61, возможно, и по сей день остается самым важным полетом шаттла за всю историю программы.

Вторая миссия обслуживания состоялась в феврале 1997 г. Как и планировалось, в основном эта экспедиция провела рутинное обслуживание телескопа, технический осмотр на 50 млн км пройденного «по спидометру» расстояния. Астронавты заменили часть износившегося оборудования и установили два новых важных прибора: регистрирующий спектрограф (Space Telescope Imaging Spectrograph, STIS) и камеру и мультиобъектный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer, NICMOS). В третьем полете первоначально также планировалось провести обслуживание и установку новых приборов, так сказать, технический осмотр (уже на отметке 100 млн км). Но в 1998 г. гироскопы «Хаббла» начали выходить из строя один за другим, и это произошло гораздо раньше, чем ожидалось. Тончайшие электрические провода толщиной с волос, погруженные в жидкость внутри гироскопов, подвергались коррозии, чего инженеры никак не ожидали. Из шести гироскопов, имеющихся на борту космического аппарата, для того чтобы телескоп мог выполнять свои функции, должны были работать хотя бы три. Так как гироскопы продолжали ломаться, мы перевели «Хаббл» в режим энергосбережения — что-то вроде того, когда ноутбук переходит в спящий режим. Телескоп работал, он и не думал падать вниз, но не делал никаких фотографий или других научных исследований.

Третья экспедиция обслуживания превратилась в спасательную миссию, которая должна была заменить все шесть гироскопов. Некоторые запланированные усовершенствования оборудования пришлось отложить, так как надо было снова спасать телескоп. Нам предстояло добавить еще одну миссию обслуживания, но для того, чтобы поставить в расписание пять миссий, не хватало фондов. Поэтому третью экспедицию обслуживания разделили на две: экспедицию 3А и экспедицию 3В. Это была небольшая уловка, связанная с бюджетом, которая позволяла нам получить одобрение на все, что мы запланировали. Экспедиция обслуживания 3А стартовала прямо перед Рождеством в 1999 г. Этот экипаж дал «Хабблу» возможность снова работать. Теперь мы должны были сформировать экспедицию обслуживания 3В, чтобы провести те ремонтные работы, которые не закончили в 3А, а это означало, что нужно было подготовить новый полет и новый экипаж в очень сжатые сроки.

Со дня вывода телескопа на орбиту и за все три миссии обслуживания «Хаббла» ни один новичок ни разу не выходил в открытый космос. Работа была чрезвычайно сложной, и ставки были слишком высоки. Если бы что-то пошло не так при сборке модулей станции, у нас всегда была возможность вернуться назад и все исправить. С «Хабблом» права на ошибку не было. Теперь для работы по сборке станции требовалось так много выходов в открытый космос, что было решено: на все четыре выхода в экспедиции 3В можно распределить новичков. Шанс поработать в открытом космосе с «Хабблом» был, наверное, самым желаемым назначением в Отделе астронавтов. Я хотел этого так же, как все остальные, но даже и представить себе не мог, что имею неплохие шансы на победу.

После возвращения из Японии меня перевели из отделения робототехники в отделение ВКД, которое возглавлял Джон Грунсфелд. Он только что вернулся из экспедиции 3А обслуживания «Хаббла», где выполнял выходы в открытый космос. Грунсфелд всегда оказывался самым умным среди собравшихся, даже в таком месте, как НАСА, где каждый сам по себе достаточно умен. Он закончил МТИ и получил докторскую степень в Чикагском университете. Он не был крупным, но в костюме астронавта выглядел неплохо. Как астроном Джон любил космический телескоп Хаббла так, как только может любить человек какую-то вещь. Также он имел склонность к механике, что делало его идеальным участником для миссий обслуживания «Хаббла». Несмотря на всех именитых астронавтов, работавших с телескопом в прошлом, в Отделе астронавтов Грунсфелд был хорошо известен как «дежурный эксперт» по «Хабблу». Вскоре после моего перевода он подошел ко мне и сказал, что они с Прекуртом хотят, чтобы я участвовал в разработке процедур для экспедиции обслуживания 3В.

Телескоп «Хаббл». Фото: NASA / Reuters

Телескоп «Хаббл». Фото: NASA / Reuters

Разработка процедур — это совсем не то что тренировочные инструкции, которые нужны для подготовки космонавтов. Разработка процедур предназначена скорее для инженеров. Когда они придумывают новое приспособление или новую методику решения проблемы — например, конструируют новый бак для жидкого аммиака или им требуется починить или заменить систему охлаждения, — им нужно испытать новую разработку, протестировать прибор, проверить свои гипотезы.

Работа астронавта в этом случае — залезть в воду и помочь им разработать новый порядок действий. Это работает, а это не работает. Это хорошо, а это плохо. Назначение на разработку процедур было первым шагом к назначению в полет. Были другие, гораздо более опытные астронавты, специализирующиеся на ВКД, но Прекурт после Колд-Лейк сказал Грунсфелду, что хочет взять меня. И я попал в число избранных.

Я знал, что это отличная возможность, но понятия не имел, насколько она великолепна, до того дня, когда мы начали работать. Инструктаж по разработке процедур проходил в оперативном пункте за пределами бассейна гидролаборатории. Когда меня приглашали участвовать в разработке процедур в других проектах, с нами разговаривали в лучшем случае пара инженеров среднего уровня, которые рассказывали, чем именно они занимаются. Но к тому моменту, когда я попал на первый инструктаж по разработке процедур для «Хаббла», я понял, что я больше не в Канзасе*. Это не было похоже ни на один инструктаж, ни на одно совещание, ни на одно собрание в НАСА, на которых мне доводилось бывать раньше. Здесь стоял полноразмерный макет телескопа и были разложены различные инструменты, приборы и аппараты. Собралось примерно 30–40 человек. Среди них было несколько астронавтов-ветеранов, которые участвовали в первых трех миссиях обслуживания. Это была команда А.

Телескоп Хаббла был построен в Калифорнии корпорацией Lockheed Martin. Несколько приборов, установленных на нем, были разработаны Ball Aerospace & Technologies Corp. в Боул-дере, штат Колорадо. (Это часть той же самой компании, которая производит стеклянные банки с завинчивающейся крышкой, которые стоят у вас на кухне.) Здесь располагалось все руководство, имеющее отношение к «Хабблу». Здесь же размещалась работающая над телескопом команда из Центра космических полетов имени Годдарда. Там «оркестром» руководил Фрэнк Сеполлина, которого все звали Сепи. Он был уже в достаточно преклонном возрасте, но любил свое дело и продолжал им заниматься. Сепи выглядел как один из моих пожилых итальянских дядюшек: лысеющий и вечно с жевательной резинкой. Думаю, он делал это, чтобы чем-то занять свой рот, а еще Фрэнк много говорил, в основном о том, что нужно делать, как важна наша миссия и почему этот телескоп является самым ценным научным инструментом в мире.

Я называл Сепи крестным отцом «Хаббла». Он был человеком, имеющим нестандартный взгляд на вещи, несговорчивым, энергичным и вдобавок — трудоголиком. В Центре космических полетов имени Годдарда работали со всеми типами научных и метеорологических спутников, и, когда появился «Хаббл», Сепи первый увидел преимущества строительства космического телескопа с учетом возможности его ремонта астронавтами. По идее, имело смысл отдавать «Хабблу» команды управления из Хьюстона, поскольку именно там находятся астронавты, но Сепи был экспертом и обладал политическим влиянием, чтобы сохранить отдел обслуживания «Хаббла» в Центре космических полетов имени Годдарда.

Как и Сепи, большинство членов команд «Хаббла» из Центра Годдарда, компаний Ball и Lockheed Martin не были свежими выпускниками колледжей. Это были люди в возрасте за 60, а то и за 70, те самые мужчины и женщины, которые строили телескоп 20 лет назад. Они прошли через все отставания от графика и предыдущие миссии обслуживания. «Хаббл» был делом всей их жизни. Некоторые из присутствующих на инструктаже инженеров уже были на пенсии, но все равно пришли, чтобы помочь. Рон Шеффилд был руководителем разработки системы «Хаббл» и отвечал за ВКД и работу с экипажами. В 1980-е годы он склонил команду, строившую телескоп, к тому, чтобы «Хаббл» был приспособлен к техническому обслуживанию. Сейчас Шеффилда все еще привлекали к работе: он учил астронавтов, как выполнить любое задание, как подключить любой соединительный разъем, как отвернуть любой болт. Он был «ходячей хабблопедией».

Массимино М. Астронавт: Необычайное путешествие в поисках тайн Вселенной / Пер. с англ. Виктории Краснянской — М.: Альпина нон-фикшн, 2018

util