교정 광학 우주 망원경 축 교체

Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement
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국립항공우주박물관에 전시된 코스타

보정광학우주망원경 축방향교체(COSTAR)는 NASA가 설계하고 제작한 광학 보정 기기다. 그것은 허블우주망원경의 1차 거울의 구면 일탈을 교정하기 위해 만들어졌는데, 이 거울은 빛에 초점을 잘못 맞춘 기미 오브젝트 카메라(FOC), 기미 오브젝트 스펙트로그래프(FOS), 고다드 고해상도 스펙트로그래프(Ghodard High Resolution Spectrograph, GHS) 기구에 맞추었다.[1]

1993년 12월 2일 서비스 임무인 STS-61에서 셔틀을 통해 망원경으로 비행하여 11일 동안 성공적으로 설치되었다.

기원

1990년 허블우주망원경(HST)의 1차 거울이 잘못된 모양으로 접지로 인해 결함이 있다는 것이 확인되자 NASA의 엔지니어들은 이 문제를 수정해야 한다는 엄청난 압력을 받았다. 거울의 잘못된 모양은 심각한 구면 이상을 도입했는데, 이 결함은 거울의 가장자리에서 반사되는 빛이 중심에서 반사되는 빛과는 다른 점에 초점을 맞추는 것이다. 과학적 관측에 대한 결함의 영향은 특정 관측치에 따라 달라졌다. 즉, 이상 점 확산 함수의 핵심은 밝은 물체의 고해상도 관측을 허용할 정도로 날카로웠으며, 점 선원의 분광은 감도 상실을 통해서만 영향을 받았다. 그러나 초점이 맞지 않는 커다란 후광에 빛을 잃음으로써 희미한 물체나 고대비 이미징에 대한 망원경의 유용성이 심각하게 줄어들었다. 이것은 거의 모든 우주 프로그램들이 예외적으로 희미한 물체의 관찰을 요구했기 때문에 본질적으로 불가능하다는 것을 의미했다.[2]

개발

발사 당시 HST는 와이드필드 및 플래니터리 카메라(WFPC), 고다드 고해상도 스펙트로그래프(GHRS), 고속광도계(HSP), 기절물스펙트로그래프(FOC), 기절물스펙트로그래프(FOS) 등 5종의 과학기구를 탑재했다. 수리를 위해 HST를 지구로 되돌리는 것은 너무 어려웠기 때문에 기술자들은 우주 유영 우주비행사를 망원경의 광학관에 들여보내 망원경의 보조 거울을 교체하는 것에서부터 튜브의 개구부 주위에 원형 그늘을 설치하는 것 까지 모든 것을 고려했다. 이것은 개구부를 줄이고 bl에 의해 초점을 향상시킨다.기본 미러의 외부 영역을 ucking [3]out of the primary mirror. 결국 HST가 여전히 궤도에 있는 상태에서 WFPC를 교정 광학장치를 포함하는 개선된 광전계 및 유성 카메라 2로 대체할 수 있다는 것이 결정되었다.[3] 이 왼쪽 해결책은 나머지 계측기에 대해 여전히 찾을 수 있다. 한 가지 잠재적인 옵션은 1차 미러와 2차 반사경 사이에 망원경 튜브에 교정 광학, 렌즈 또는 거울을 삽입하는 것이었다. 그러나 가장 작은 우주 비행사도 튜브를 미끄러져 내려갈 수 없을 정도로 튜브의 폭이 좁아서 필요한 교정 부품을 튜브에 삽입할 수 있는 방법을 찾게 되었다.[4]

유럽우주국(European Space Agency)의 위기관리회의가 독일에서 열려 HST와 이 문제를 논의했다. 참석자 중에는 Ball Aerospace Corporation의 수석 광학 엔지니어인 James H. Crocker도 있었다. 어느 날 아침 독일 호텔에서 샤워를 하는 동안 그는 샤워기가 수직 막대를 타고 이동했고 그것은 다른 높이와 각도로 막대에 고정될 수 있다는 것을 알아챘다. 하녀는 샤워기를 막대기 밑에 두고 벽에 평평하게 놓았었는데, 그것은 크로커가 클램프를 풀고 원하는 위치로 옮길 때까지 공간을 거의 차지하지 않는다는 것을 의미했다. 로봇 팔로 접기 전에 튜브에 삽입할 수 있도록 보조 거울에서 나오는 빛의 빔을 가로채기 위해 필요한 위치에 필요한 교정 부품을 장착하고 수정하여 다양한 과학 기구에 집중시킬 수 있다는 생각이 그에게 떠올랐다.[4] 미국에 돌아가자 그는 자신의 아이디어를 설명했는데, 그것은 1990년경부터 개발하기 시작한 다른 기술자들에 의해 즉시 수정광학 우주망원경 축교체(COSTAR)가 되었다. 코스타르 예산은 미화 5천만 달러였다.[5] 코스타 시스템을 망원경에 맞추려면 다른 기구들 중 하나를 제거해야 했고 천문학자들은 4개의 축 검출기 중 가장 덜 중요한 고속 광도계를 선택했다.[2]

공중전화 부스 크기의 최종 디자인은 확장 가능한 타워에서 수평으로 뻗어나가는 작은 보정 거울로 구성되었다. 각 계측기의 개구부에는 M과1 M이라는2 두 개의 거울이 있다. 광로에 있는 M은1 야장거울 역할을 하며 단순한 구체인 반면, 구면 일탈의 보정은 M에2 의해 이루어지는데, M은 완벽한 형태가 아니고 입사광선을 고르지 않게 반사한다. 그러나 편차는 주 거울의 편차와 정확히 반비례하도록 계산되었다. 따라서 두 거울에 반사되어 교정된 후, 그 빛은 다시 올바른 형태로 돌아온다. 이 배열은 교정된 장에 혼수상태가 없다는 장점이 있다.[6][7] 약 18~24mm 크기의 직경을 가진 총 10개의 보정 미러가 두 개의 측정 채널 각각에 두 개의 개구부를 가진 반면 고다드 고해상도 스펙트럼 분석기는 두 채널 모두에 하나의 개구부를 가지고 있었다.[5] 망원경 튜브의 끝에 장착된 위의 기구들에 대한 빛의 빔이 망원경 튜브의 한쪽에 장착된 새로운 WFPC 2의 빔을 놓치는 것을 확인할 필요성 때문에 설계가 복잡해졌다.[4]

코스타 조립체

1991년 1월 NASA는 26개월이 걸린 코스타의 개발, 생산, 검증을 전담할 주요 계약자로 NASA에 의해 선정되었다.[5] 필요한 보정을 계산하기 위해 한 팀은 1차 거울을 만드는 데 사용된 정지 상태의 도구를 검사하여 기존 오류를 계산했고, 다른 독립팀은 허블이 전송한 왜곡된 이미지를 사용하여 계산했다. 두 팀은 사실상 동일한 측정 결과를 얻었다. 이후 생산된 보정 거울은 독립된 두 팀의 오류를 검사했다. 완료되면 전체 코스타를 코스타 정렬 시스템(CAS)에서 테스트했다. 그런 다음 CAS에 오류가 있는지 확인하기 위해 코스타를 결함이 있는 기본 미러의 오류를 시뮬레이션하는 특수 개발된 HUMS(Hubble Opto-Mechanical Simulator)에 장착하여 엔드 투 엔드 테스트 및 출력 이미지 검증을 가능하게 했다. 또한 HOMS 시스템은 다른 시험 기구를 사용하여 두 개의 독립된 그룹(볼 에어로스페이스와 고다드 우주 비행 센터의 다른 그룹)에 의해 시험되었다. 유럽우주국(European Space Agency)도 추가 검증을 위해 기절 오브젝트 카메라의 엔지니어링 모델을 제공함으로써 검증 과정에 기여했다.[5]

설치

코스타는 1993년 제1차 허블 서비스 임무 동안 고속 광도계를 대체했다.[8] 원래의 WFPC는 같은 임무 동안 WFPC 2로 대체되었다.[4]

1993년 12월 28일, 로봇 팔은 우주 망원경 과학 연구소로부터 거울을 제자리에 배치하라는 지시를 받았다. 결과 영상은 COSTAR가 1차 미러의 구형 이상을 보정했음을 확인했다.[7]

  • 첫 번째 서비스 임무 동안 허블에 삽입되는 코스타.

  • 우주비행사들은 서비스 임무 1 동안 허블의 수정 광학 장치를 설치하는 작업을 한다.

  • COSTAR의 작업 메커니즘 클로즈업. 거울은 왼쪽에 있는 코스타의 몸체에서 뻗어 나왔다.

서비스에서 제거

HST의 초기 배치 후에 설치된 이후 계측기는 자체적인 교정 광학 장치로 설계되었다. 코스타는 2009년 제5차 정비 임무 중 HST에서 제거되었고 우주기원 스펙트로그래프로 대체되었다. 그것은 현재 워싱턴 DC에 있는 스미스소니언 국립항공우주박물관에 전시되어 있다.[9][3]

도표

NASA 보고서 "복구 전략"의 그림 4는 거울 M1과 M2가 별빛을 차단하고 수정하는 방법을 보여준다.

참조

  1. ^ Crocker, James H. (1993). "Engineering the COSTAR". Optics & Photonics News. 4 (11).
  2. ^ a b Tatarewicz, Joseph N. (1998). "The Hubble Space Telescope Servicing Mission". In Mack, Pamela E. (ed.). From Engineering Science to Big Science. NASA History Series. NASA. p. 375. ISBN 978-0-16-049640-0. NASA SP-1998-4219.
  3. ^ a b c Harwood, William (April 22, 2015). "How NASA fixed Hubble's flawed vision and reputation". CBS. Retrieved April 16, 2020.
  4. ^ a b c d Winchester, Simon (2018). Exactly: How Precision Engineers Created the Modern World. London: William Collins. pp. 245–250. ISBN 978-0-00-824176-6.
  5. ^ a b c d "NASA Facts – Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR)" (PDF). Goddard Space Flight Center. June 1993. Retrieved April 24, 2020.
  6. ^ Brown, R.A.; H.C. Ford (1990). Report of the HST Strategy Panel: A Strategy for Recovery (PDF) (Technical report). NASA. CR-187826. Retrieved April 24, 2020.
  7. ^ a b Jedrzejewski, RI; Hartig, G; Jakobsen, P; Ford, HC (1994). "In-orbit performance of the COSTAR-corrected Faint Object Camera" (PDF). Astrophysical Journal Letters. 435: L7–L10.
  8. ^ "Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR)". Retrieved July 18, 2015.
  9. ^ "Camera That Saved Hubble Now On Display". NPR. November 18, 2009.

외부 링크