Как космический телескоп поддерживает точность наблюдений с одним гироскопом
Космический телескоп «Хаббл» уже более 30 лет исследует космос с высокой точностью и разрешением. Находясь за пределами земной атмосферы, на низкой околоземной орбите, он может вести наблюдения, не искажённые атмосферными помехами, и предоставляет учёным уникальные фотографии далёких галактик, позволяя приблизиться к пониманию ранних этапов формирования Вселенной.
«Хаббл» решает невероятно сложную задачу. Для получения чётких снимков он должен оставаться направленным на одну и ту же точку с точностью до нескольких миллисекунд дуги (где одна миллисекунда дуги равна одной 3 600 000 части градуса) в течение до 24 часов. При этом телескоп вращается вокруг Земли со скоростью около 27 тысяч километров в час, испытывая резкие перепады температур от сильной жары до сильного холода. Преодоление этих экстремальных условий само по себе является настоящим инженерным подвигом.
Для получения высокачественных изображений «Хаббл» использует сложную систему управления ориентацией, схожую с той, что применяется на космических кораблях и самолётах. Ключевым элементом этой системы являются гироскопы — устройства, измеряющие угловую скорость и ориентацию объекта в пространстве. Изначально телескоп был оснащён шестью гироскопами — тремя основными и тремя резервными, обеспечивающими необходимую точность слежения.
Однако за годы эксплуатации в условиях космической среды четыре из этих гироскопов вышли из строя из-за естественного старения и накопившихся осложнений. В результате NASA объявило, что «Хаббл» переходит в режим работы с одним оставшимся гироскопом. Обычно для определения ориентации телескопа в пространстве требуется как минимум три таких устройства, по одному на каждую координатную ось.
Инженеры нашли остроумное решение данной проблемы. Они задействовали другие датчики, такие как магнитометры и звёздные датчики, чтобы компенсировать недостаток гироскопов. Благодаря этому телескоп по-прежнему способен вести точные наблюдения, несмотря на сложные условия работы.
Click here to preview your posts with PRO themes ››
Используя магнитометры, можно получить приблизительное представление об ориентации относительно известного направления магнитного поля, подобно тому, как работает компас. Трёхосный магнитометр способен отслеживать изменения магнитного поля по мере движения спутника вокруг Земли, что позволяет определить его пространственную ориентацию.
Ещё более точными являются звёздные трекеры и солнечные датчики. Эти устройства сопоставляют то, что они наблюдают, с картой звёздного неба, определяя, куда именно они направлены.
Объединив показания магнитометров, звёздных трекеров, солнечных датчиков и оставшегося гироскопа, инженеры смогли поддерживать точность наведения «Хаббла» на уровне, близком к конфигурации с тремя гироскопами. Хотя использование лишь одного гироскопа ограничивает скорость, с которой телескоп может отслеживать объекты в космосе.
Система управления ориентацией «Хаббла» считается одной из самых точных, когда-либо созданных человеком. Это позволило ему на протяжении более трёх десятилетий получать уникальные фотографии ранней Вселенной. Потеря большей части гироскопов — лишь ещё одно напоминание о том, что дни легендарного телескопа сочтены.
Преемником станет космический телескоп «Джеймса Уэбб», запущенный в декабре 2021 года. Он расположен на расстоянии 1 миллион миль (1,6 млн километров) от Земли, в так называемой второй точке Лагранжа (L2). Это позволяет ему иметь защитный солнцезащитный экран, обеспечивающий низкие температуры для высокоточной инфракрасной оптики.
В то время как открытия «Хаббла» значительно расширили наше понимание Вселенной, телескоп «Джеймса Уэбб» откроет новые возможности глубокого космического наблюдения, позволяя заглянуть в более отдалённые уголки космоса.
Однако пока что, несмотря на возникшие технические сложности, «Хаббл» продолжает радовать учёных и любителей астрономии новыми снимками, позволяя заглянуть во всё более отдалённые уголки Вселенной. Его непрерывные наблюдения на протяжении трёх десятилетий стали ценным вкладом в понимание космоса.
