哈勃望遠鏡升空就遇故障,到底原因為何?NASA也會犯錯嗎?

2021-01-15 科學奧秘檔案館

1990年4月,美國發現號太空梭從地球發射升空,它此次太空之行的目的是負責將一枚代表當時人類最高科技水平的太空望遠鏡——哈勃帶到近地軌道上面,這枚太空望遠鏡將被部署到距離地球表面580KM的高空軌道上運行,人們藉助它可以觀測到宇宙中距地球140億光年之外的物體並且不會失真,正是因為這枚太空望遠鏡的出現,才徹底改變了人們對宇宙太空的認識。

令人驚訝的是,僅僅到了6月,這枚太空望遠鏡就出現了故障,這一故障導致瞭望遠鏡不能正常的聚焦,這對於望遠鏡來說簡直就是個災難。根據專家給出的分析結果,問題原因為反射鏡的製造工藝不達標所致,進而對主鏡造成球面像差的影響,通常這種球面像差的問題常見於製作粗糙的業餘望遠鏡項目之中,而不是價值數百萬美元的太空望遠鏡上面。那麼哈勃望遠鏡的這個問題是如何產生的呢?這就需要從它的製造過程開始說起了。

美國宇航局在啟動哈勃望遠鏡項目之後,便與私人公司珀金-埃爾默(Perkin Elmer)籤約,委託其製造哈勃望遠鏡的光學組件和精密控制系統,主鏡的製造始於1979年,並於1981年完工。但在這幾年時間裡,因為成本不斷上漲的原因導致整個項目受到了影響,並且交付時間也將延期,對此美國宇航局向珀金-埃爾默(Perkin Elmer)公司施加了巨大壓力,迫使其保證進度,而主鏡的拋光和測試工作恰恰位於這一期間。

因為哈勃望遠鏡的主鏡是一個非球面設計,所以需要特殊的儀器來測試它的質量,這種儀器被稱為零位校正器(RNC)。於是珀金-埃爾默(Perkin Elmer)便根據這一需求專門設計了一臺反射式零位校正器(RNC)用來測試哈勃望遠鏡的成像質量。

零位校正器(RNC)是一個高76釐米,寬50釐米的圓柱體,內置兩個鏡片和一個透鏡,以使其能夠在哈勃望遠鏡的主鏡上產生一個波前。如果主鏡的製造工藝沒有問題,那麼這個波前將不會顯示出輪廓線。該設備在獲得批准之後被安裝在一個專用位置上,整個測量過程所使用的工具為因瓦尺,因瓦尺是由鎳鐵合金製成的高度精密測量設備,因其在不同溫度下的低膨脹性而得名。

當技術人員將零位校正器(RNC)的鏡頭調整到合適的位置並設置好聚焦光束時,他們卻發現了一個嚴重的問題,因瓦尺的測量結果有1.3毫米的誤差!可當時的工作人員並沒有仔細分析產生這一誤差的原因,而是找了三塊金屬墊片,並將它們壓入固定透鏡的支架中,最終在零位校正器(RNC)所給出的這一錯誤的結果之上,製造商完成了所謂的完美鏡像。

後來,由於美國挑戰者號太空梭的空難事故,哈勃望遠鏡的項目也被推遲了,高層要求嚴查設備質量,當時有幾所名校希望申請對其進行測試,但都被珀金-埃爾默(Perkin Elmer)公司拒絕了,因為這家製造商對其產品質量充滿信心。

十年之後,這枚價值15億美元的太空望遠鏡被高高掛在地球上空,但卻是一臺有著缺陷的設備,科學家表示一旦太空望遠鏡進入近地軌道之中,就不可能為其更換主鏡,如果要把哈勃望遠鏡帶回地球重新進行改裝,那將是一件既費時又費錢的工作。於是,在1993年的12月,雄心勃勃的美國宇航局發射了奮進號太空梭對哈勃望遠鏡進行修復,航天員利用奮進號上的機械臂把哈勃望遠鏡抓進了太空梭,航天員在隨後的7天時間裡為其更換了一個新型成像設備,修復之後,哈勃望遠鏡的解析度大大的提高了。

當最終哈勃望遠鏡的問題被解決之後, 其製造商珀金-埃爾默(Perkin Elmer)公司出於對法律訴訟的擔心,他們同意支付1500萬美元的罰款。

哈勃望遠鏡目前仍在運行,多年來向地球傳回了大量的觀測照片,預計它將運行到2040年,屆時它會由於其軌道的自然衰變而重返地球,在此之前,它還將繼續為人類提供迄今為止最具科學價值的宇宙觀測數據。

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  • ...射電望遠鏡|宇宙|nasa|望遠鏡|天文學|哈勃太空望遠鏡
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