W takim trybie Hubble jeszcze regularnie nie obserwował. Pierwsze zdjęcie

Teleskop Hubble w swojej 34 letniej historii miał na pokładzie 22 żyroskopy, czyli urządzenia, które dzięki zasadzie zachowania momentu pędu, są w stanie zachowywać swoje położenie nawet pomimo prób jego niewielkiej zmiany. W ten sposób można dzięki żyroskopom dokładnie i szybko kierować kosmiczne obserwatorium w stronę wybranego obiektu.

W każdym momencie funkcjonowania teleskopu na pokładzie było sześć żyroskopów. Trzy z nich jak deklarowała kiedyś NASA, były niezbędne do prawidłowej pracy systemu celowania teleskopem - zapewniały niezależne pozycjonowanie w każdej z trzech prostopadłych osi w przestrzeni. Sam ruch teleskopu realizowany jest za pomocą kół reakcyjnych i prętów magnetycznego momentu obrotowego, a pozycji w trakcie obserwacji pilnują sensory dokładnej pozycji (FGS, Fine Guidance Sensors).

Misja serwisowa w 2002 roku, gdy dokonano wymiany kół reakcyjnych w teleskopu. Na zdjęciu widoczne te elementy trzymane przez astronautów. (fot: NASA)

Żyroskopy w teleskopie Hubble'a wspomagają procedurę precyzyjnej i szybkiego kierowania w cel obserwacyjny. Do utrzymania pozycji w trakcie obserwacji są wykorzystywane już kamery śledzące.

Nadmiar żyroskopów zapewniał margines bezpieczeństwa w przypadku awarii niektórych z nich. Misje serwisowe, które kiedyś realizowano co kilka lat, służyły między innymi wymianie uszkodzonych żyroskopów na nowe. Jednak od 2009 r. Hubble musi radzić sobie z jednym kompletem żyroskopów, a te uszkodzone nie są już wymieniane. Od 14 czerwca 2024 r. Hubble wykorzystuje podczas pracy pojedynczy żyroskop.

Dlaczego żyroskopy ulegają usterkom?

Każdy żyroskop wyposażony jest w elementy mechaniczne, które wykonują 19200 obrotów na minutę. Przyczyna uszkodzeń żyroskopów leży w żużyciu i korozji cieniutkich metalowych przewodów, które przekazują sygnał i zasilanie do żyroskopu. Umieszczone w 2009 roku na pokładzie Hubble’a żyroskopy są znacznie usprawnioną wersją tych, które zastosowano dwie dekady wcześniej, ale i one zaczęły w 2015 roku wykazywać pierwsze oznaki zmęczenia materiału.

Wnętrze żyroskopu i widoczne dwa delikatne przewody, ktore dostarczają zasilanie do obracających sie elementów. (fot: NASA)

Z czasem kolejne żyroskopy przestawały poprawnie działać, a teleskop Hubble’a musiał w obliczu takich awarii przechodzić w tryb awaryjny. Plaga usterek zmusiła kontrolę naziemną do zaprzestania obserwacji na kilka tygodni w kwietniu 2024 roku. W tym czasie kontrola teleskopu przygotowała się do wdrożenia niejako ostatniej deski ratunkowej. Trybu pracy z jednym żyroskopem aktywnym, który zademonstrowano udanie już w 2008 r., gdy teleskop pracował w trybie dwóch żyroskopów oczekując na ostatnią ze zrealizowanych dotychczas misji serwisowych. Dekadę wcześnie w 1999 r., tryby mniej niż trzech żyroskopów nie były dopracowane, dlatego ówczesna awaria czwartego z sześciu żyroskopów na pokładzie teleskopu zmusiła kontrolę misji do szybkiej realizacji akcji serwisowej.

Kolejny test pracy z jednym żyroskopem miał miejsce w 2021 r. Teraz to już nie demonstracja, nie testy, ale realnie wykorzystywany tryb pracy teleskopu. Hubble może pozostać w nim nawet dekadę nawet jeśli nie będzie misji naprawczej. Hubble ma obecnie trzy działające żyroskopy, jednakże jeden z nich ma stale usterki co czyni go niewiarygodnym. Tryb jednego żyroskopu nie różni się znacząco od trybu dwużyroskopowego, w którym Hubble wykonał kiedyś wiele świetnych fotografii kosmosu, a pozostawienie jednego sprawnego żyroskopu na zapas jest obecnie wskazane. NASA otrzymała już propozycję prywatnej misji serwisowej, ale wciąż nie jest przekonana do tego pomysłu.

Hubble jest trochę wolniejszy, ale jak właściwie działa z jednym żyroskopem?

Jeden żyroskop nie wpływa na jakość wykonywanych obserwacji, a pierwsze zdjęcie wykonane w nowym trybie obserwacji jest tego dowodem. Trudno byłoby jednak mówić, że nic się nie zmieniło. Teleskop musi teraz poświęcić więcej czasu na wycelowanie w kolejny obiekt, a także nie jest w stanie realizować już obserwacji szybko poruszających się obiektów, takich jak planeta Mars. Obecnie jednak, obserwacje obiektów Układu Słonecznego nie są priorytetem tego teleskopu. Ogólny spadek wydajności obserwacyjnej teleskopu szacowany jest na 20 do 25 procent.

Galaktyka NGC 1546, zdjecie wykonane przez teleskop Hubble'a w trybie pracy wykorzystującym jeden żyroskop. (fot: NASA)

Jak jednak jeden żyroskop jest w stanie zapewnić właściwą orientację teleskopu w przestrzeni? Otóż nie jest w stanie, chyba że system sterowania teleskopem otrzyma inne informacje zastępujące te, które wcześniej dostarczały dwa pozostałe żyroskopy. Te informacje płyną z danych zbieranych przez magnetometry, sensory pozycji Słońca, a także kamer śledzących położenie gwiazd w polu widzenia teleskopu.

Procedura pozycjonowania jest przez to dłuższa, bo wymaga większej liczby obliczeń, i dlatego Hubble już tak szybko nie ustawia się w pozycji do obserwacji. Żyroskop zapewnia wraz z pomocą magnetometrów i detektorów pozycji Słońca pozycjonowanie z dokładnością do 10 stopni kątowych. Potem kamery śledzące gwiazdy doprecyzowują pozycję, a w końcu rolę przejmują sensory dokładnej pozycji, które również wcześniej zapewniały dokładne śledzenie obiektu.

Teleskop Hubble’a ma obecnie wsparcie na orbicie w postaci teleskopu Webba, a w przyszłości dołączy do niego także teleskop Nancy Grace Roman. Jest też wiele mniejszych teleskopów orbitalnych. To oczywiście instrumenty o innej charakterystyce pracy, dlatego utrzymanie sprawności Hubble’a jest w jak najszerzej pojętym interesie społeczności astronomicznej.

Źródło: NASA, inf. własna