El Reemplazo Axial del Telescopio Espacial de Óptica Correctiva ( COSTAR ) es un instrumento de corrección óptica diseñado y construido por la NASA . Fue creado para corregir la aberración esférica del telescopio espacial Hubble ' s espejo primario , que se centró incorrectamente luz sobre la cámara de objetos tenues (FOC), Faint Object espectrógrafo (FOS), y Goddard Espectrógrafo de Alta Resolución (GHR) instrumentos. [1]
Fue trasladado en lanzadera al telescopio en la misión de servicio STS-61 , el 2 de diciembre de 1993, y se instaló con éxito durante un período de once días.
Origen
Una vez que se identificó en 1990 que el espejo primario en el Telescopio Espacial Hubble (HST) lanzado recientemente estaba defectuoso debido a que se había rectificado con la forma incorrecta, los ingenieros de la NASA se vieron sometidos a una inmensa presión para solucionar el problema. La forma incorrecta del espejo introdujo una aberración esférica severa , un defecto en el que la luz que se refleja en el borde de un espejo se enfoca en un punto diferente de la luz que se refleja en su centro. El efecto del defecto en las observaciones científicas dependía de la observación particular: el núcleo de la función de dispersión de puntos aberrados era lo suficientemente nítido como para permitir observaciones de alta resolución de objetos brillantes, y la espectroscopia de fuentes puntuales se veía afectada solo por una pérdida de sensibilidad. Sin embargo, la pérdida de luz en el gran halo desenfocado redujo gravemente la utilidad del telescopio para objetos débiles o imágenes de alto contraste. Esto significaba que casi todos los programas cosmológicos eran esencialmente imposibles, ya que requerían la observación de objetos excepcionalmente débiles. [2]
Desarrollo
Cuando se inicia, el HST lleva cinco instrumentos científicos: el campo ancho y la cámara planetaria (WFPC), Goddard Espectrógrafo de Alta Resolución (GHRS), velocidad del fotómetro de alta (HSP), Cámara de Objetos Débiles (FOC) y el objeto débil espectrógrafo (FOS). Dado que era demasiado difícil traer el HST de regreso a la tierra para repararlo, los ingenieros consideraron todo, desde reemplazar el espejo secundario del telescopio enviando a un astronauta que caminaba al espacio en el tubo óptico del telescopio, hasta instalar una pantalla circular alrededor de la abertura del tubo, lo que reduciría la apertura y mejorando el enfoque bloqueando las regiones exteriores del espejo primario. [3] Finalmente se determinó que con el HST todavía en órbita, podrían reemplazar el WFPC con la cámara planetaria y de campo amplio mejorada 2 que incorporaría ópticas correctivas. [3] Esto dejaba aún por encontrar soluciones para los instrumentos restantes. Una posible opción era insertar ópticas correctivas, lentes o espejos en el tubo del telescopio entre el espejo primario y el reflector secundario. Sin embargo, el tubo era demasiado estrecho para que incluso el astronauta más pequeño se deslizara por él, lo que llevó a buscar un medio para insertar los componentes correctivos necesarios en el tubo. [4]
Se celebró una reunión de crisis de la Agencia Espacial Europea en Alemania para discutir los problemas con el HST. Entre los asistentes se encontraba James H. Crocker, ingeniero óptico senior de Ball Aerospace Corporation. Una mañana, mientras se duchaba en su hotel alemán, notó que el cabezal de la ducha viajaba sobre una varilla vertical y podía sujetarse a la varilla en diferentes alturas y ángulos. La criada había dejado el cabezal de la ducha en la base de la varilla y lo había colocado plano contra la pared, lo que significaba que ocupaba muy poco espacio hasta que Crocker aflojó la abrazadera y la colocó en la posición que quería. Se le ocurrió la idea de que podrían montar los componentes correctivos requeridos en un dispositivo de este tipo que les permitiría insertarlos en el tubo antes de plegarlos en brazos robóticos a la posición requerida para interceptar los rayos de luz del espejo secundario, correcto. y luego enfóquelos en los diversos instrumentos científicos. [4] Una vez de regreso en Estados Unidos, explicó su idea, que fue inmediatamente retomada por otros ingenieros que comenzaron a desarrollar lo que en 1990 se había convertido en el Reemplazo Axial del Telescopio Espacial de Óptica Correctiva, o COSTAR. El costo presupuestado del COSTAR fue de US $ 50.000.000. [5] Para colocar el sistema COSTAR en el telescopio, se tuvo que quitar uno de los otros instrumentos, y los astrónomos seleccionaron el Fotómetro de Alta Velocidad para ser sacrificado, que era el menos importante de los cuatro detectores axiales. [2]
El diseño final, que es del tamaño de una cabina telefónica, consistió en pequeños espejos de corrección que irradian horizontalmente desde una torre extensible. Para la apertura de cada instrumento hay dos espejos, M 1 y M 2 . M 1 que está en el camino de la luz actúa como un espejo de campo y es una esfera simple, mientras que la corrección de la aberración esférica la realiza M 2 que no tiene una forma perfecta y refleja la luz incidente de manera desigual. Sin embargo, las desviaciones se han calculado para que sean exactamente inversas a las del espejo principal. Así, después de ser reflejada y corregida por los dos espejos, la luz vuelve a tener la forma correcta. Esta disposición tiene la ventaja de que el campo corregido está libre de coma. [6] [7] Se utilizaron un total de diez espejos de corrección con diámetros que varían en tamaño de aproximadamente 18 a 24 mm, ya que la cámara de objetos débiles y el espectrógrafo de objetos débiles tenían dos aberturas para cada uno de sus dos canales de medición, mientras que el Goddard High Resolution El espectrógrafo solo tenía una apertura para ambos canales. [5] El diseño se complicó por la necesidad de asegurar que los rayos de luz de los instrumentos anteriores que estaban montados en el extremo del tubo del telescopio no pasaran por alto los rayos del nuevo WFPC 2 que estaba montado en un lado del tubo del telescopio. [4]
En enero de 1991, la NASA seleccionó a Ball Aerospace Corp. como el contratista principal para llevar a cabo todo el desarrollo, producción y verificación de COSTAR, un proceso que tomó 26 meses. [5] Para calcular las correcciones requeridas, un equipo calculó el error existente examinando las herramientas aún in situ que se usaron para hacer el espejo primario, mientras que otro equipo independiente lo calculó usando las imágenes distorsionadas que el Hubble había transmitido. Ambos equipos obtuvieron resultados de medición prácticamente idénticos. Los espejos de corrección que se produjeron posteriormente fueron controlados por dos equipos independientes en busca de errores. Una vez completado, todo el COSTAR se probó en el Sistema de alineación COSTAR (CAS). Para verificar cualquier error en el CAS, el COSTAR se montó en el Simulador Opto-Mecánico Hubble (HOMS) especialmente desarrollado que simuló los errores en el espejo primario defectuoso, para permitir una prueba de extremo a extremo y, por lo tanto, la verificación de la imagen de salida. El sistema HOMS también fue probado por dos grupos independientes (uno de Ball Aerospace y el otro del Goddard Space Flight Center) utilizando diferentes instrumentos de prueba. La Agencia Espacial Europea también contribuyó al proceso de verificación proporcionando un modelo de ingeniería de la Cámara de Objetos Débiles para proporcionar una verificación adicional. [5]
Instalación
COSTAR reemplazó el fotómetro de alta velocidad durante la primera misión de mantenimiento del Hubble en 1993. [8] El WFPC original fue reemplazado por el WFPC 2 durante la misma misión. [4]
El 28 de diciembre de 1993, el Instituto Científico del Telescopio Espacial dio instrucciones a los brazos robóticos para que desplegaran los espejos en su posición. Las imágenes resultantes confirmaron que el COSTAR había corregido la aberración esférica en el espejo primario. [7]
Retirada del servicio
Los instrumentos posteriores, instalados después del despliegue inicial del HST, se diseñaron con sus propias ópticas correctivas. COSTAR fue eliminado del HST en 2009 durante la quinta misión de servicio y reemplazado por el Espectrógrafo de Cosmic Origins . Ahora está en exhibición en el Museo Nacional del Aire y el Espacio del Smithsonian en Washington, DC. [9] [3]
Diagrama
Referencias
- ^ Crocker, James H. (1993). "Ingeniería del COSTAR" . Noticias de Óptica y Fotónica . 4 (11).
- ^ a b Tatarewicz, Joseph N. (1998). "La misión de mantenimiento del telescopio espacial Hubble". En Mack, Pamela E. (ed.). De la ciencia de la ingeniería a la gran ciencia . Serie de historia de la NASA. NASA. pag. 375. ISBN 978-0-16-049640-0. NASA SP-1998-4219.
- ^ a b c Harwood, William (22 de abril de 2015). "Cómo la NASA arregló la visión y la reputación defectuosas del Hubble" . CBS . Consultado el 16 de abril de 2020 .
- ^ a b c d Winchester, Simon (2018). Exactamente: cómo los ingenieros de precisión crearon el mundo moderno . Londres: William Collins. págs. 245–250. ISBN 978-0-00-824176-6.
- ^ a b c d "Datos de la NASA - Reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva (COSTAR)" (PDF) . Centro de vuelo espacial Goddard. Junio de 1993 . Consultado el 24 de abril de 2020 .
- ^ Brown, RA; HC Ford (1990). Informe del Panel de estrategia de HST: una estrategia para la recuperación (PDF) (Informe técnico). NASA. CR-187826 . Consultado el 24 de abril de 2020 .
- ^ a b Jedrzejewski, RI; Hartig, G; Jakobsen, P; Ford, HC (1994). "Rendimiento en órbita de la cámara de objetos débiles corregida por COSTAR" (PDF) . Cartas de revistas astrofísicas . 435 : L7 – L10.
- ^ "Reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva (COSTAR)" . Consultado el 18 de julio de 2015 .
- ^ "Cámara que salvó al Hubble ahora en exhibición" . NPR . 18 de noviembre de 2009.
enlaces externos
- Reemplazo axial del telescopio espacial de óptica correctiva (Costar)
- Imágenes del Museo Nacional del Aire y el Espacio de la óptica COSTAR