משימת שידרוג טלסקופ החלל האבל: שלב אחרי שלב

משימת השירות לטלסקופ החלל האבל היא אחת המשימות המתוכננות ביותר שידעה נאס"א. במרכז גודארד במרילנד, שם מפקחים על הטלסקופ ובמרכז הבקרה של המעבורות ביוסטון מתכוננים לפיקוח על המשימה המורכבת שצפויה לשיגור ב-12 במאי

גלקסיות מהיקום המוקדם. בית התינוקת של כוכבי הלכת, חומר אפל, אנרגיה אפלה. מאז שיגורו ב-1990, הביא טלסקופ החלל האבל את מסתורי היקום למוקד תשומת הלב. מבטו החודר סורק את היקום לפרטים שלטלסקופים קרקעיים, משוכללים ככל שיהיו קשה לאתר.

הרחק מעל פני השטח של כדור הארץ, מרחף טלסקופ החלל האבל מעל האטמוספירה המחזירה ומפזרת את האור, והוא משדר תמונות ששיתקו את האנושות ושינו את העולם המדעי. ניצחונו של האבל ממשיך להצטבר הודות לתכנון ייחודי המאפשר לאסטרונאוטים לתקן ושדרג את הטלסקופ בעודו במסלול. התיקונים שומרים על תפקודו החלק של הטלסקופ והשידרוגים של מכשירי התצפית מאפשרים המשך התקדמות התגליות והמדע.

ב-12 במאי 2009 לאחר דחיה לעומת המועד המתוכנן המקורי, (8 באוקטובר 2008) יטפסו אסטרונאוטים במעבורת החלל אטלנטס למשימת השידרוג מס' 4 (SM4), המסע האחרון לטלסקופ החלל האבל. במהלך חמש הליכות חלל, הם יתקינו שני מכשירים חדשים, יתקנו שניים אחרים שהתקלקלו, ויבצעו החלפת רכיבים שתשמור על תפקוד הטלסקופ לפחות עד שנת 2014. המשימה המאומצת, והמוקפדת, תערב גם קבוצות שונות של אנשים על הקרקע בכל רחבי ארה"ב.

למקומות, היכון, צא

המשימה מתוכננת שנים מראש, והצלחתה תהיה תוצר של חודשי הכנות אינטנסיביות ועבודה קשה של אלפי אנשים בנאס"א, באקדמיה ובתעשיה. האסטרונאוטים התאמנו במרכז החלל ג'ונסון ביוסטון, שם למדו להתמודד עם חוסר משקל במכל המים העצום, ובמרכז טיסות החלל גודארד במרילנד, שם נכנסו לחדר הנקי העצום כדי לעבוד על הציוד האמיתי בו ישתמשו להתקנה על האבל. בגודארד הכינו את מכשירי הניסוי ואת החומרה, בעוד במרכז החלל קנדי בפלורידה הכינו את מעבורת החלל למשימה.

במהלך משימת השידרוג הרביעית, ישבו צוותים בג'ונסון ובגודארד סביב השעון כדי להבטיח את הצלחת המשימה. מרכז הבקרה ביוסטון ינטר את מעבורת החלל ואת האסטרונאוטים ויפקח על הליכות החלל, התהליכים, פעילות אנשי הצוות ומצב בריאותם, כמו גם על מערכות המעבורת ועל הניסויים. אנשי הצוות של האבל לרבות מנהלים, מדענים ומהנדסים ממרכז גודארד ומהמכון המדעי של טלסקופ החלל במרילנד יתפצלו בין תומכים במשימה בג'ונסון ואלו שיעבדו בגודארד.

במרכז גודארד, שם מנוהלת תוכנית האבל, ונמצא מרכז הבקרה של טלסקופ החלל השולט על הטלסקופ עצמו, שיגרו האחראים פקודות שיכינו את הטלסקופ לפעילויות המהנדסים והם מתכוננים לניסוי ראשוני של הציוד החדש. מרכז הבקרה הורה לטלסקופ לסגור את הדלתות כדי להגן על האופטיקה העדינה של הטלסקופ והוא יתמרן את האבל לעמדה אליה תגיע תחנת החלל.

כאשר תתקרב המעבורת למרחק של 60 מטרים מההאבל, יורה מרכז הבקרה בגודארד לבצע סיבוב שיביא אותו למצב שבו תוכל המעבורת לאוסף אותו. האסטרונאוטים ישתמשו בזרוע הרובוטית של המעבורת כדי ללכוד את האבל ולעגן אותו לתוך סיפון המטען של המעבורת.

בשלב הבא יחלו האסטרונאוטים בסדרת חמש הליכות חלל בנות שש וחצי שעות בממוצע כל אחת. שני אסטרונאוטים יעבדו מחוץ להאבל בו זמנית. אחד יטפל במשימות הדורשות ריחוף חופשי ואילו האחר יהיה מחובר במרסני רגליים לזרוע האובוטית שתופעל בידי אסטרונאוט שלישי בתוך המעבורת. כדי להזהר מהתרחקות בריחוף שלא במתכוון, יקשרו האסטרונאוטים ברצועת בטחון לכבל שימתח לאורך כל סיפון המטען. האבל עצמו משובץ בידיות שיקלו על האסטרונאוטים להיאחז בו.

אילו מכשירים יתקנו האסטרונאוטים

בהליכת החלל הראשונה, שתתקיים ביום הרביעי למסע יחליפו גרונספלד ופיוסטל את מצלמת השדה הרחב, ולאחר מכן הם יחליפו את מחשב עיבוד הנתונים המדעיים שגרם לעיכוב הטיסה מאז חודש אוקטובר. בנוסף, הם יתקינו מנגננון שיאפשר לחללית ללכוד את האבל ולגרום להתרסקותו על כדור הארץ לאחר תום פעילותו.

לזרוק את הישן

רבים מרכיביו של טלסקופ החלל האבל, במיוחד המכשירים, תוכננו להסרה בקלות והחלפה במהלך משימות שירות. העדיפות המדעית במשימה זו היא להתקין מכשירים חדשים על האבל – מצלמת השדה הרחב/הפלנטרית 3 (Wide Field Camera 3 (WFC3), וספקטרוגרף מקור היקום. Cosmic Origins Spectrograph (COS).

מצלמת השדה הפלנטרי 3 תהיה הכוח המניע למחקרים בתחום האנרגיה האפלה והחומר האפל, הולדת כוכבים בודדים וגילוי גלקסיות רחוקות במיוחד שקודם היו מחוץ לטווח הראיה של האבל. WFC3 תצפה ביקום בשלושה תדרים שונים של אור: אולטרה סגול קרוב, האור הנראה, ואינפרה-אדום קרוב, אך לא בו זמנית. טווח הצילום של המצלחמה גדול יותר מזה של המכשירים שנמצאים על סיפון הטלסקופ. האסטרונאוטים יסירו את המצלמה הקודמת, המצלמה הפלנטרית מס' 2 כדי לפנות מקום למספר 3. WFC3 היא בעלת רזולוציה גבוהה יותר ושדה ראיה גדול יותר לעומת קודמתה.

האבולוציה של הגלקסיות, יצירת כוכבי לכת, הגידול בשיעור היסודות הכבדים החיוניים לחיים וה"רשת הקוסמית" של גז בין הגלקסיות יהיו כמה מהתחומים שיחקרו באמצעות ספקטרוגרף מקור היקום. ספקטרוגרף הוא מכשיר המפרק את האור למרכיבי הצבעים שבו, ויחשוף נתונים אודות פליטת האור של העצם המצולם. COS יצפה בלעדית בתחום האולטרה סגול וישפר את רגישותו של האבל בתחום תדרים זה לפחות פי 10 ועד פי 70 כאשר האבל יצפה בעצמים חיוורים במיוחד.

COS יחליף מכשיר שהותקן על האבל במהלך משימת השירות הראשונה כסיוע לתיקון השפעת המראה הפגומה- the Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR). . מאז המשימה הראשונה, כל המכשירים שהותקנו על האבל הכילו טכנולוגיה המתקנת את השפעת העדשות הפגומות וכך הן הפכו את COSTAR למכשיר שאינו הכרחי.

שניים מהמכשירים על האבל – מצלמת הסקרים המתקדמת Advanced Camera for Surveys (ACS) וספקטרוגרף ההדמיה the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS),, דורשים תיקונים. ACS, שהפסיק בחלקו לפעול ב-2007 בשל קצר חשמלי הינו מצלמה המשמשת כסוס עבודה, האחראית למרבית התמונות המרהיבות של האבל. ה-STIS הוא ספקטרוגרף הצופה באור האולטרה-סגול, האור הנראה והאור האינפרה-אדום הקרוב והוא מוכר בזכות יכולתו לצוד חורים שחורים. בעוד COS עובד מצוין מול מקורות אור קטנים כדוגמת כוכבים או קוואזרים, ה-STIS ממפה עצמים גדולים כגון גלקסיות. STIS סבל מנפילות חשמל ב-2004 והוכנס לשנת חורף כדי לשמרו לקראת אפשרות של תיקונו.

האסטרונאוטים מתכננים לתקן את שני המכשירים – גישה מאתגרת מכיוון שתיקונים אלה היו מחוץ לטווח התכנון של משימות השירות של האבל. מתכנני הטלסקופ חזו דמיונם אסטרונאוטים מחליפים רכיבים ולא מבצעים ניתוח עדין תוך כדי הליכת חלל. קופסת אלקטרוניקה פנימת בתוך ה-ACS מספקת את החשמל לגלאים, ומכילה ציוד שנפגע מהקרצ החשמלי. ואולם מיקום הקופסה הופך אותה ללא נגישה לאסטרונאוטים. כך שבמקום לנסות להגיע לאיזוה הבעייתי, האסטרונאוטים ינסו לעקוף את הרכיבים המקוצרים. אספקת החשמל מחוברת באמצעות כבלים לסדרת לוחות אלקטרוניים הנמצאים במקום נגיש אך אין להם חשמל בגלל הקופסה הפגומה. האסטרונאוטים יתקינו מכשיר חדש לאספקת חשמל ויצמידו אותו לאחת מידיות האחיזה הסמוכה לחלקו החיצוני של ה-ACS, ישירו את הלוחות האלקטרוניים ויתקינו חדשים התואמים למערכת אספקת החשמל החדשה, ויחברו אותם לאפסקת האנרגיה דרך כבלים חיצוניים. הסידור פשוט יוציא את הקופסה הפגומה מחוץ למשוואה.

התקן ה-STIS דורש מעגל חשמלי חדש לאספקת החשמל. התיקון יהיה קל יחסית מלבד ללוח הגישה האלקטרוני, שלא תוכנן להפתח והוא מחובר ל-STIS ב-111 ברגים קטנים. בתנאי החלל קשה מאוד לסובב את הברגים באמצעות הכפפה של האסטרונאוטים. במיוחד החשש הוא שהברגים ישתחררו ויעופו מסביב ויגרמו נזקים נוספים, כאשר יפגעו ברכיבים אלקטרוניים. לפיכך יצרו המהנדסים צלחת לכידה מהירה המולבשת על ראש הפאנל. כאשר האסטרונאוטים יסירו את הברגים הם יילכדו בצלחת. האסטרונאוטים יחליפו את הלוח ויחברו אותו בקלות באמצעות שתי דוושות.

לאחר שכל המכשירים והרכיבים יורכבו או יתוקנו, יבצעו אנשי מרכז הבקרה בגודארד ניסויים כדי להבטיח שהכל פועל כשורה. לאחר השלמת העבודה, האבל יהיה מוכן לביצועי שיא של חמישה מכשירים, WFC3, COS, ACS, STIS, והמצלמה האינפרה-אדומה הקרובה והספקטרוגרף מרובה העצמים (NIMCOS).

ואולם לפני ניסוי המכשירים החדשים יידרש הטלסקופ גם לתחזוקה. ובפרט החלפת הסוללות המאחסנות את האנרגיה המפעילה את הטלסקופ במהלך קטעי הלילה במסלול, כאשר כדור הארץ חוסם את קרני השמש. האסטרונאוטים יחליפו את כל ששת הסוללות שמשקלן כ-57 ק"ג כל אחת בסוללות חדשות ויעילות יותר. ששת הגירוסקופים של הטלסקופ, מהווים חלק מהמערכת המכוונת אותו ליעד הצילום המבוקש. כאשר כל ששת הגירוסקופים מתפקדים, שלושה משמשמים להצבעה והאחרים נשמרים ברזרבה. עם הזמן נשחקו הגירסקופים ושלושה מהם כבר חדלו לפעול, שניים עדיין עובדים והשלישי כובה כדי לשמש כגיבוי במקרה חרום. האסטרונאוטים יתקינו ששה גירוסקופים חדשים.

חיישני הכיוונון העדין של האבל (FGS) ננעלים לכוכבים מנחים המסייעים לכיוונון הטלסקופ. הם גם יכולים לשמש כמכשירים למדידת מיקום הכוכבים ביחס לכוכבים אחרים. האסטרונאוטים יחליפו FGS אחד פגום במכשיר משופץ שהוצא במהלך משימת שירות קודמת.

כיסוי הבידוד של האבל, השומר על המכשירים בטמפרטורת תפעול נורמאלית, התפרק בסופו של דבר בשל החשיפה לתנאי החלל. האסטרונאוטים יכסו את מפרצי הציוד של האבל בבידוד טרי המכונה New Outer Blanket Layer (NOBL). לבסוף הם יתקינו רכיב נוסף – מנגננון לכידה רכה. המכשיר הפשוט יאפשר לחללית רובוטית לעגן עצמה להאבל יום אחד, כאשר יוחלט על סיום חייו של הטלסקופ.

כאשר האסטרונאוטים יסיימו את כל משימותיהם הם ישתמשו בזרוע הרובוטית שוב כדי לשחרר את הטלסקופ וגודארד תשדר אליו פקודות שיביאו אותו בחזרה לפעילות. ואולם לפני חידוש המשימה המדעית של האבל, הטלסקופ יעבור סדרת ניסויים בת כמה חודשים לצורך כיולו מחדש. התמונות החדשות מהטלסקופ יפורסמו לקראת סוף 2009.

משוקם ומעודכן, ימשיך האבל במסעו סביב כדור הארץ. רכיביו החדשים ישתלבו בשקיפות ביחד עם הישנים, והטלסקופ המשודחש (משודרג וחדש) יהיה מוכן לשנים של תגליות פורצות דרך ביקום. אתר הידען ימשיך ויעדכן לקראת המשימה ובמהלכה.

לידיעה באתר נאס"א

הכתבה עודכנה באוקטובר 2026: שני חלקי הכתבה, שפורסמו במקור בנפרד, אוחדו לכתבה אחת.