Ritorno ad Hubble Di Steven A. Hawley, Astronauta della NASA Tratto da Sky & Telescope (Edizione italiana a cura di Mario Farina)

(66K jpeg) Per la missione STS-82, lo shuttle Discovery sarà composto da un equipaggio di veterani, quì mostrati durante un allenamento. In prima fila (da sinistra a destra) Steven L. Smith Jr., Gregory J. Harbaugh, e l'autore Steven A. Hawley. Dietro: Joseph R. Tanner, Mark C. Lee, Kenneth D. Bowersox, e Scott J. "Doc" Horowitz. Dove non diversamente specificato, per tutte le immagini in questo articolo si ringrazia la NASA.

Sia Ken che io non vediamo l'ora di vedere ancora l'HST in orbita. E' molto luminoso! Ricordo che nella missione STS-31, già ad una distanza di 70 chilometri per luminosità superava ogni cosa tranne il Sole e la Luna. Ricordo anche di essere riuscito a capire, con un binocolo, l'orientamento dei pannelli solari alla distanza di 24 chilometri. Di tutte le visioni di cui ho avuto la fortuna di godere nello spazio, quella dell'HST è la più memorabile.

Già mi diverto pregustando la reazione dei miei compagni di equipaggio quando vedranno il telescopio per la prima volta. Ken ricorda quanto fu spattacolare l'avvicinamento durante la missione STS-61. Invece di apparire argentato, come era nella fabbrica, splendeva di una luce bluastra, poiché rifletteva il blu degli oceani al di sotto. Entrambi ricordiamo che i pannelli, quando riflettevano la luce dell'alba, sembravano splendere di luce propria.

(25K jpeg) L'inizio della seconda missione di servizio di Hubble è programmato per l'11 febbraio con il uno spettacolare lancio notturno dello Space Shuttle Discovery, simile a quello dell'Endeavour del dicembre 1993 mostrato nell'immagine.

Il primo giorno di volo, il Flight Day 1, lo passeremo stabilendoci in orbita ed effettuando diverse manovre per avvicinarci all'HST. Il secondo giorno, il Flight Day 2, per me sarà particolarmente importante perché dovrò verificare il braccio meccanico, tecnicamente noto come Remote Manipulator System, o RMS. Mi servirà per bloccare Hubble e come supporto dell'equipaggio esterno (che passerà il secondo giorno controllando le tute spaziali) durante i lavori intorno al telescopio.

Il giorno successivo finalmente incontreremo l'HST in orbita. Ken e Scott useranno una tecnica di avvicinamento messa a punto dai veterani degli avvicinamenti con la stazione spaziale russa MIR. E' stata messa a punto per proteggere Hubble dai getti dei motori di spinta che potrebbero contaminarne le ottiche e danneggiarne l'elettronica.

Una volta che il Discovery sarà prossimo al telescopio e volerà in formazione con esso, lo prenderò con il braccio robotizzato. Poi, lentamente, lo porterò nella parte posteriore del vano di carico e lo bloccherò sulla Flight Support Structure (FSS). Questa piattaforma girevole, sosterrà saldamente il telescopio durante la manutenzione. Ruotando di 360°, permetterà agli astronauti di raggiungere tutte le sue parti pur non perdendo di vista la cabina dell'equipaggio.

(40K jpeg) A seguito dell'ultimazione di tutti gli interventi di riparazione della prima missione del dicembre 1993, il braccio robotizzato si prepara al rilascio dell'Hubble Space Telescope ed al ritorno al volo libero. L'osservatorio orbitante misura 13,1 metri di lunghezza ed una massa di 11.660 chilogrammi.

Come il terzo giorno volgerà al termine, utilizzeremo le telecamere poste intorno al perimetro del vano di carico e sul braccio meccanico per completare l'esame fotografico dello strumento, cercando ogni cambiamento, come buchi o fori dovuti a impatti con micrometeoriti, dato l'ultima volta fu fatto nel 1993.

Per massimizzare l'efficienza di ciascuna EVA, le operazioni sono raggruppate cosicché tutte quelle che dovranno essere portate a termine in un dato giorno abbiano luogo nello stesso lato del telescopio. In questo modo si diminuirà la necessità di ruotare l'FSS, un processo lento che fa perdere minuti prezioni all'EVA.

La maggior parte delle riparazioni effettuate durante la prima missione furono portate a termine con i pannelli solari arrotolati e ripiegati ai lati del telescopio. Così è come la NASA ha sempre ritenuto di operare durante le missioni di manutenzione. In questo caso invece, tutte le operazioni verranno portate a termine con i pannelli solari, lunghi 12 metri, completamente dispiegati.

Perché questo cambiamento? I pannelli originali si ripiegavano come ali ogni volta che Hubble attraversava il terminatore, la regione di confine tra il giorno e la notte, facendo sobbalzare il telescopio e causando a volte, la perdita del suo puntamento (S&T: gennaio 1991, pagina 14). L'equipaggio dell'Endeavour installo tre anni più tardi nuovi e migliori pannelli ma i bulloni che supportano le coperture delle celle solari si piegarono durante lo svolgimento dei pannelli stessi e, se sottoposti a tensioni, potrebbero spezzarsi. In una futura missione, rimpiazzeremo i pannelli attuali con modelli rigidi. Nel frattempo, non vogliamo fare nulla che possa in qualche modo danneggiarli, e quindi neanche ritrarli e rispiegarli.

Una volta che l'HST sarà "ormeggiato" nel vano di carico, guarderemo con molta attenzione ai pannelli solari controllando qualsiasi deflessione causata dalle nostre attività. L'equipaggio sarà più che attento durante le operazioni, a non spingere ne tirare più forte del necessario per portare a termine ogni compito. Speriamo che l'accensione dei motori e le attività esterne non stressino i pannelli più di quanto abbiamo previsto.

Come già nella missione del 1993, il braccio robotizzato, lungo 15 metri servirà come piattaforma di lavoro. Durante ciascuna delle uscite nel vano di carico, uno dei due "space walker" bloccherà i suoi stivali nel Manipulator Foot Restraint (MFR). Questo dispositivo, fissato in fondo al braccio, servirà anche come piano di lavoro per tenere gli utensili, le telecamere ed altri attrezzi. Il mio lavoro, per tutte le quattro EVA, sarà quello di manovrare secondo le necessità e per ciascuna fase dell'intervento, l'equipaggio sull'MFR nella giusta posizione.

La prima EVA sarà dedicata all'installazione dello STIS e del NICMOS e verrà condotta da Mark e Steve. Steve sarà in fondo al braccio meccanico e Mark fluttuerà libero, assicurato al Discovery solo da un cavo di sicurezza.

Se havete visto Tom Akers e Kathy Thornton rimpiazzare l'High Speed Photometer con il Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) nella missione del 1993, sapete quello che ci aspetta. Mark e Steve prima rimuoveranno il Goddard High Resolution Spectrograph e lo sistemeranno provvisoriamente da parte in un posto al di sopra di una delle ali dello shuttle. Quindi estrarranno lo STIS dal suo involucro protettivo nel vano di carico e lo inseriranno nel posto vuotato in precedenza nella parte posteriore in fondo al telescopio. Un volta fatto questo, metteranno il vecchio spettrografo nell'ex supporto dello STIS per riportarlo a casa. Quando tutto sarà finito, sarà il momeno di sostituire il Faint Object Spectrograph con il NICMOS. Se tutto andrà bene, l'EVA durarà 6 ore.

(48K jpeg) Guidando il braccio robottizzato dello shuttle, Kathryn C. Thornton spinge il Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR) fuori dal vano di carico durante la prima servicing mission. Pochi minuti dopo, Thomas D. Akers (in basso a sinistra) la aiuterà ad installarlo nel telescopio. Gli strumenti di seconda generazione dell'Hubble, STIS e NICMOS, hanno dimensioni e forma identiche al COSTAR, questa scena verrà così ripetuta durante la missione di questo mese.

L'impegno maggiore di Steve e Mark durante questa passeggiata nello spazio sarà quello di destreggiarsi negli spazi angusti tra gli strumenti scientifici e le varie strutture all'interno del vano del telescopio. Lo spazio di accesso per queste attività è molto ristretto. Indossando dei guanti pressurizzati, Mark and Steve dovranno manovrare strumentazioni delicatissime delle dimensioni di un frigorifero (il paragone va fatto con quelli americani che sono il doppio dei nostri! NdT) con una precisione di ½ centimetro.

Mentre i miei compagni di equipaggio lavoreranno all'esterno, io guarderò attraverso le finestre posteriori della cabina. Il mio impegno maggiore sarà quello guidare il braccio con precisione senza urtare niente. Ci sono diverse zone di lavoro ed in particolare quelle vicine agli attacchi dei pannelli solari del telescopio, dove lo spazio libero è inferiore a 30 centimetri. Per rendere le cose ancora più difficili, la visuale dal compartimento dell'equipaggio da cui opererò sarà spesso impedita, mi resteranno solo le telecamere e le istruzioni dei compagni di lavoro all'esterno della navetta.

Il nodo centrale della seconda EVA, condotta da Joe e Greg, la cui durata è prevista in 5 ore, sarà la sostituzione di uno dei Fine-Guidance Sensor (FGS). Hubble usa una sorte di tre sensori, per localizzare ed inseguire le stelle per permettere le lunghe esposizioni degli altri strumenti. Molti non sanno che gli FGS non hanno tratto alcun beneficio dalla riparazione delle ottiche effettuata durante la missione dell'Endeavour del 1993. Il nuovo FGS, una parte di ricambio modificata che contiene un compensatore per correggere il problema dell'ottica di Hubble. Equipaggiato con questo FGS modificato, Hubble potrà accedere a stelle guida più deboli e quindi ad un maggior numero, il che aumenterà la sua possibilità di seguire gli obiettivi durante le lunghe esposizioni.

Se avete visto Jeff Hoffman e Story Musgrave cambiare con la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC 2) la "wiff pick" originale nel corso della missione STS-61, sapete come si svolgerà la sostituzione dell'FGS. I passi da seguire sono gli stessi utilizzati durante le sostituzioni nel corso della prima EVA, solo la sede sarà diversa. Il sensore guida è un dispositivo a forma di cuneo delle dimensioni di un piccolo pianoforte a coda. Mentre STIS e NICMOS vanno in due alloggiamenti in fondo alla parte posteriore del telescopio, il nuovo FGS va un quello che viene chiamato "vano radiale", appena dietro allo specchio primario.

(38K jpeg) L'Hubble Space Telescope questo mese avrà un nuovo Fine-Guidance Sensor (FGS), che correggerà i difetti ottici dello specchio primario. L'FGS è quasi identico alla Wide Field and Planetary Camera, che qui vediamo con Jeffrey A. Hoffman durante la missione del dicembre 1993.

Una volta che il nuovo FGS sarà al suo posto e quello vecchio assicurato saldamente per il rientro sulla Terra, Greg e Joe porgeranno la loro attenzione ad una coppia di piccole "scatole nere". L'Optical Control Electronics Enhancement Kit (OCE-EK) permetterà il controllo delle ottiche correttive all'interno del nuovo sensore di guida. Un logoro Engineering and Science Tape Recorder verrà sostituito con uno nuovo.

Per questo, nel 1999 è in lista la terza missione di servizio, proprio durante il massimo dell'attività solare. Avremmo potuto attendere quella missione per riportare Hubble ad un'altitudine di sicurezza. Quella missione però, l'STS-103, verrà eseguita dal nostro shuttle più vecchio, il Columbia, che è qualche centinaio di chilogrammi più pesante del Discovery e che potrebbe non essere in grado di risollevare il telescopio all'altezza che vorremmo. Il Discovery e le navicelle sorelle, Atlantis ed Endeavour, sarà impegnato come supporto nelle operazioni e nel montaggio della base spaziale del 1999. Speriamo quindi che potendo effettuare parte della "risalita" adesso, ridurremo il compito della prossima missione.

C'è però un problema. Come ho già descritto, dobbiamo limitare nello stressare i pannelli solari completamente aperti dell'HST. Accendere i razzi del Primary Reaction Control System, capaci di una spinta di 400 kg è impensabile. Al loro posto, il team responsabile delle operazioni ha sviluppato un progetto innovativo che fa uso solo del Vernier Reaction Control System i cui eiettori forniscono una spinta di soli 10 kg. Questo sistema fu progettato per regolare l'assetto dello shuttle (beccheggio, rollio ed angolo d'imbardata), non per modificarne la direzione. Escludendo però alcuni getti ed azionandone altri ad intervalli particolari, con una serie di "ciuff-ciuff" riusciremo ad innalzarci di 8 o 10 chilometri. Sarà un procedimento lungo e tedioso, probabilmente quindi verrà eseguito nell'arco di tre giorni, al termine della seconda, terza e quarta EVA.

(38K jpeg) L'astronomo-astronauta Jeff Hoffman lavora sulle elettroniche di Hubble nel corso della prima missione del dicembre 1993. Notate le celle solari che gli appena dietro e davanti a lui.

Il cambio di uno dei registratori originali dell'HST con un dispositivo allo stato solido, è la chiave per concretizzare il pieno potenziale delo STIS e del NICMOS. Il nuovo registratore digitale offre caratteristiche di velocità e capacità superiori al precedente e capaci di sostenere l'ingente flusso di dati dai due nuovi strumenti. Permetterà inoltre allo STIS, al NICMOS -- e persino alla Wide Field and Planetary Camera 2 -- di raccogliere dati contemporaneamente.

Greg e Joe compiranno la quarta passeggiata nello spazio, per dare inizio al lavoro sul Solar Array Drive Electronics (SADE, pronouncia "SAY-dee"). Queste unità tengono le celle solari dell'HST orientate verso il Sole. Il SADE 1 originale accusò il guasto di un transistor e fu sostituito da una versione più robusta nella missione STS-61. Vogliamo rimpiazzare SADE 2 pima che si guasti anche questa.

(25K jpeg) Story Musgrave e Jeff Hoffman cambiano uno dei moduli del Solar Array Drive Electronics durante la missione STS-61 di tre anni fa. Con l'STS.81 verrà sostituita con un modulo simile.

Obbiettivo dell'EVA finale è installare una nuova protezione su uno dei magnetometri di Hubble, utilizzati per rilevare l'orientamento del campo magnetico terrestre ed aiutare il puntamento del telescopio. L'equipaggio dell'Endeavour rilevò che la protezione originale era andata perduta e, utilizzando un isolante multistrato trovato nel vano di carico, fecero una riparazione temporanea. Greg e Joe installeranno una copertura più duratura. Nel corso dell'operazione, avranno modo di godere di una vista spettacolare dalla parte terminale del braccio robotizzato: il magnetometro infatti si trova nella parte finale apribile del telescopio, circa 15 metri sopra il vano di carico.

(36K jpeg) "Non mi sono mai emozionato tanto!" disse frizzante l'astronauta Jeff Hoffman quando, insieme al collega Story Musgrave diresse il braccio meccanico dello shuttle verso l'apertura dell'HST per rimpiazzare la protezione del magnetometro. Greg Harbaugh e Joe Tanner avranno un'esperienza simile nel corso di questa seconda missione.

Porteremo aria, acqua ed energia a sufficienza per un'eventuale quinta EVA, nel caso le nostre attività dovessero protrarsi oltre quanto previsto. Inoltre potremo utilizzare la quinta passeggiata nello spazio per porre rimedio ad eventuali nuovi problemi che dovessero presentarsi tra adesso e la data del nostro lancio. Per risolvere ogni sorpresa cui potremmo andare incontro una volta in orbita, porteremo una serie di componenti che potrebbero essere installati nel caso se ne presentasse la necessità. Per esempio avremo dei giroscopi, fusibili e cavetteria e particolari sostegni che potrebbero rinforzare strutturalmente i pannelli solari.

Presupponendo che i controlli su tutti gli strumenti installati e le elettroniche siano soddisfacenti, il "Flight Day 8" sarò nuovamente alle prese con il braccio meccanico ed il telescopio. I controllori a terra comanderanno l'apertura della porta ed io rilascero al volo libero l'HST.

(41K jpeg) Sul ponte di volo posteriore dello shuttle, l'astronauta dell'Agenzia Spaziale Europea Claude Nicollier "pilota" il braccio robottizzato dello shuttle durante la missione del dicembre 1993. Osservate gli "space-walker" visibili all'esterno della finestra di destra. Sull'STS-82, l'astronauta Steve Hawley controllerà il braccio robottizzato, come già fece durante la messa un orbita di Hubble nell'aprile 1990.

Una volta che Ken e Scott porteranno il Discovery lontano dall'HST per nessuna ragione potremo più fare marcia indietro, semplicemente non avremo più carburante a sufficienza. Dopo una giornata di allontanamento e le solite preparazioni al rientro, torneremo al Kennedy Space Center. Il "touchdown" è previsto alle 8:43 (ora italiana. NdT) della mattina del 21 febbraio.

D'altra parte, la prima missione fu un successo incredibile e, sorprendentemente, andò molto bene secondo il copione. Non solo, gli astronauti ed i direttori di volo dovettero affrontare degli imprevisti come la rottura di un pannello solare, una porta del vano del telescopio che non si voleva chiudere e la perdita della protezione del magnetometro.

Nel momento in cui mi siederò nel vano di lancio nelle ore che precederanno l'alba dell'11 febbraio sono sicuro che sarò eccitato come se stessi per rivedere un vecchio amico. Ripasserò mentalmente tutte le prove fatte per i compiti imminenti. Penserò alle molte complesse manovre associate alla rimozione dei vecchi strumenti ed all'installazione di quelli nuovi, e penso al futuro che finalmente sta diventando realtà.

Sarà una sfida dare vita alle grandi aspettative che hanno gli astronomi dalla nostra missione. Ma considero un onore essere associato ancora una volta all'HST. Prima del lancio probabilmente non penserò agli enormi progressi scientifici che saranno frutto del lavoro di tutti coloro che partecipano alla missione STS-82. Spero però, che alla fine del volo sentirò un profondo senso di soddisfazione per l'opera portata a termine e poter dire che il nostro equipaggio ha aiutato a rendere ancor migliore il più grande telescopio dell'universo.

Steve Hawley ha ottenuto la laurea in astronomia all'Università della California a Santa Cruz, nel 1977. Dopo un breve post-dottorato all'Osservatorio Inter-americano di Cerro Tololo in Cile nel 1978, è entrato a far parte del corpo degli astronauti al Johnson Space Center della NASA.

La NASA sta utilizzando lo stesso metodo per mantenere l'Hubble Space Telescope al vertice della ricerca astronomica. Nel corso della missione di questo mese, gli astronauti del Discovery toglieranno due degli strumenti lanciati con Hubble nel 1990 e li sostituiranno con dei nuovi, dotati di una più ampia copertura alle varie lunghezze d'onda, maggior campo visuale, migliore sensibilità ed altri miglioramenti ottenuti dalla moderna tecnologia.

Lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) rimpiazzerà il Faint Object Spectrograph (FOS) ed il Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), che verranno riportati a terra dal Discovery. Quello che distingue lo STIS dai suoi predecessori è la capacità di ottenere contemporaneamente lo spettro di diversi oggetti o, in alternativa, in diverse regioni di un oggetto molto esteso.

A differenza del FOS e del GHRS, che utilizzano una serie lineare di rivelatori, lo STIS fa uso di un array bi-dimensionale, un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD) per le lunghezze d'onda nel visibile e due innovativi rilevatori elettronici di immagini, i multianode microchannel array, o MAMA, per l'ultravioletto. Ciò significa che lo strumento potrà ottenere spettri ampi o ristretti di campi di quasi un minuto d'arco quadrato.

La Near-Infrared Camera e Multi-Object Spectrometer (NICMOS) sono il primo strumento di Hubble ad esplorare le regioni celesti nel vicino infrarosso oltre la lunghezza d'onda di 1 micron. Si tratta in realtà di tre camere con differenti campi inquadrati, così da rendere possibile la cattura di tre immagini contemporanee. Ciascuna può inoltre produrre spettri ristretti a bassa risoluzione. Il rivelatore dello strumento e le ottiche interne sono raffreddate dall'evaporazione di un blocco di azoto solido che dovrebbe durare 5 anni.

Sia lo STIS che il NICMOS sono dotati di ottiche correttive per annullare gli effetti dell'aberrazione sferica del telescopio. Non facendo parte degli strumenti previsti dal bilancio iniziale, queste ottiche sono state realizzate diminuendo il numero dei rilevatori previsti. Ciò nonostante, lo STIS ed il NICMOS rappresentano il principale incremento nelle possibilità scientifiche di Hubble e gli astronomi impareranno presto ad utilizzarli.

Ed il futuro? Durante la missione del 1999 gli astronauti installeranno la terza generazione di strumenti di Hubble, la Advanced Camera for Surveys. Questo dispositivo per le immagini, avrà un campo visivo ed una risoluzione angolare doppi rispetto alla Wide Field and Planetary Camera 2, l'attuale cavallo da soma di Hubble. La NASA spera di avere pronto un altro strumento, al momento non ancora definito, per la quarta missione di manutenzione prevista per il 2002. E gli astronomi, preoccupati per la fine della missione dell'HST, prevista nel 2005, stanno studiando all'idea di un più grande, ma più costoso, telescopio spaziale della nuova generazione: il Next Generation Space Telescope.

Rick Fienberg si occupa della missione dell'Hubble Space Telescope per Sky & Telescope dal 1986.