Venticinque anni fa questa settimana, La NASA ha trattenuto il respiro collettivo mentre sette astronauti sulla navetta spaziale Endeavour hanno raggiunto il telescopio spaziale Hubble a 353 miglia (568 chilometri) sopra la Terra. La loro missione:riparare un difetto devastante nello specchio primario del telescopio.

Circa le dimensioni di uno scuolabus, il telescopio spaziale Hubble ha uno specchio primario di 2,4 metri. Il più grande telescopio ottico mai lanciato nello spazio, dove poteva osservare l'universo libero dagli effetti distorsivi dell'atmosfera terrestre, Hubble ha avuto molto da fare. Ma dopo che le prime immagini sono state ottenute e attentamente analizzate a seguito del dispiegamento del telescopio il 25 aprile, 1990, era chiaro che qualcosa non andava:le immagini erano sfocate.

Astronomi e ingegneri si sono radunati per studiare una varietà di soluzioni al problema, e la NASA ha convocato un comitato indipendente per trovare la fonte. Sono giunti tutti alla stessa conclusione:lo specchio primario di Hubble, che sembra una ciotola molto poco profonda, era stato lucidato nella forma sbagliata. L'errore era inferiore alla larghezza di un capello umano, ma l'effetto è stato notevole. Se l'errore non è stato corretto, Hubble non avrebbe mai raggiunto il suo pieno potenziale.

Durante la settimana del 6 dicembre, 1993, l'equipaggio dell'astronauta ha installato due componenti hardware destinati a correggere l'errore. La sostituzione assiale del telescopio spaziale con ottica correttiva (COSTAR) è stata progettata e costruita da un team del Goddard Spaceflight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e correggerebbe l'errore speculare in tre dei cinque strumenti su Hubble.

Il secondo strumento era la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), progettato e costruito presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. WFPC2, che contiene in realtà quattro fotocamere, avrebbe continuato a produrre molte delle immagini mozzafiato di Hubble, aiutando a trasformare la nostra visione del cosmo.

Le dimensioni di un pianoforte a coda, lo strumento ha ripreso oggetti ed eventi che si sono verificati nel nostro sistema solare, come lo schianto della cometa Shoemaker-Levy 9 su Giove, fino alle immagini cosmologiche più distanti che siano mai state scattate in luce visibile. Ha generato istantanee mozzafiato di galassie, stelle e nebulose esplose dove nascono nuove stelle. Durante il mandato dello strumento, I manager di Hubble hanno puntato il telescopio su un singolo, macchia nera di cielo per più di una settimana e ha trovato migliaia di galassie mai viste prima.

Ma il successo di WFPC2 era tutt'altro che garantito. Lo strumento è stato costruito su una linea temporale incredibilmente stretta, e progettarlo per correggere il difetto era qualcosa di John Trauger di JPL, ricercatore principale per WFPC2, avrebbe poi descritto come simile a "cercare di giocare a baseball sul fianco di una collina".

"C'è molta pressione quando si costruisce uno strumento spaziale anche in circostanze normali, "ha detto Dave Gallagher, Direttore associato di JPL per l'integrazione strategica, che ha ricoperto il ruolo di responsabile dell'integrazione e del test per WFPC2. "Ma quando stai aggiustando qualcosa che essenzialmente creerà o distruggerà la reputazione dell'intera agenzia, la pressione sale alle stelle".

Un'immagine speculare

Nel giugno 1990, La NASA ha annunciato che il telescopio Hubble non funzionava come previsto. I membri del team di WFPC2 affermano di ricordare che la reazione del pubblico e dei media è stata spesso pessimista o addirittura incredula. Trauger ha visto l'annunciatore del telegiornale Tom Brokaw iniziare il suo programma quella sera dicendo:"Il telescopio Hubble di cui hai tanto sentito parlare:è rotto."

"La promessa del programma Hubble, l'applicazione della nostra migliore tecnologia per spingere indietro le frontiere dell'astronomia, era stato immediatamente trasformato agli occhi del pubblico in un'icona di fallimento tecnico, "Trauger scriveva in un saggio nel 2007.

Trauger ha riunito la sua squadra per risolvere il problema. Gli specchi primario e secondario del telescopio raccoglievano la luce e la inviavano ai cinque strumenti scientifici di bordo. Lo specchio primario non poteva essere sostituito e non poteva essere riportato sulla Terra per le riparazioni. Si dovrebbe trovare una soluzione per ciascuno degli strumenti di Hubble. Il dispositivo COSTAR ha fornito ottiche correttive per tre di loro, eliminando la necessità di sostituire completamente tali strumenti. Ma lo stesso approccio non funzionerebbe per la Wide Field and Planetary Camera (WFPC) del telescopio, il predecessore di WFPC2.

Trauger e il suo team hanno escogitato una potenziale soluzione. L'errore dello specchio primario ha causato la messa a fuoco della luce che colpisce diverse parti dello specchio in punti diversi, quindi il team ha dovuto capire come reindirizzarlo al punto focale appropriato. La loro soluzione è stata quella di decodificare il problema:avrebbero posizionato quattro specchi identici di dimensioni nichelate all'interno dello strumento, uno per ciascuna delle quattro fotocamere all'interno di WFPC2, con lo stesso errore dello specchio primario difettoso, ma dove lo specchio primario era troppo piatto, i nuovi specchi sarebbero curvati troppo profondamente. Insieme, questi due errori si cancellerebbero a vicenda, producendo l'equivalente di un singolo specchio con la forma corretta.

La NASA ha accettato la proposta del JPL di costruire un sostituto del WFPC. L'agenzia aveva pianificato di svolgere missioni di riparazione Hubble ogni tre anni e ha deciso di mantenere questo programma. La prima missione di riparazione fu fissata per l'autunno del 1993. Il JPL avrebbe dovuto consegnare la sostituzione entro l'inverno del 1992, a poco più di 2 anni di distanza. La corsa per riparare Hubble era iniziata.

Sotto pressione

Due anni non erano neanche lontanamente sufficienti per costruire da zero un nuovo strumento fotografico. per fortuna, WFPC2 era già in costruzione al JPL; La NASA aveva intenzione di usarlo alla fine come aggiornamento per WFPC o come sostituto se lo strumento si fosse mai guastato.

Anche con i lavori su WFPC2 già in corso, la scadenza richiedeva una tempistica accelerata. Dave Rodgers e Larry Simmons, i responsabili del progetto WFPC2, ha tenuto incontri giornalieri con i leader di ciascuna delle diverse componenti di WFPC2 per aiutare a mantenere l'obiettivo.

"Gli incontri quotidiani hanno mantenuto la pressione su tutti noi, tutto il tempo, " disse Simmons, che si è ritirato dal JPL nel 2005. "Sapevamo di avere solo pochi anni, e dovevamo farlo».

Mentre gli specchietti correttivi erano piccoli, hanno influenzato quasi ogni fase del processo di costruzione e hanno creato "una serie infinita di nuovi problemi, "Secondo Trauger.

Per ridurre al minimo la possibilità di errore durante l'installazione di WFPC2 nell'orbita terrestre bassa, i sette astronauti che dovevano eseguire la missione di riparazione si sono recati al JPL per conoscere lo strumento ed essere addestrati su come installarlo. Starebbero inserendo WFPC2 in una cavità nel corpo del telescopio, come se lo facessi scivolare in un cassetto. E sebbene avrebbero dovuto assicurarsi che i collegamenti elettrici sul retro dello strumento fossero sicuri, non avevano modo di raggiungere quei collegamenti; potevano controllare solo come avevano inserito lo strumento.

A complicare ulteriormente le cose è stato il peso di WFPC2:a più di 600 libbre (272 chilogrammi), era ingombrante anche nella microgravità dell'orbita terrestre bassa. Uno degli specchi dello strumento, chiamato lo specchio pick-off, era montato su un braccio corto situato all'esterno dell'involucro protettivo. Semplicemente urtare lo specchio disallinea il sistema e sostanzialmente rovinerebbe l'intero strumento. Durante la costruzione di WFPC2, Trauger e colleghi hanno mostrato un modello dello strumento a un astronauta, che ha urtato lo specchietto retrovisore. Trauger non poteva fare a meno di chiedersi, "È un presagio?"

Tempo di volare

I leader del team WFPC2 si sono recati al Kennedy Space Center della NASA in Florida per il lancio mattutino del 2 dicembre. 1993. Dopo aver lasciato Kennedy e aver cercato una colazione anticipata, Gallagher ricorda di aver guardato il cielo prima dell'alba per vedere la navetta spaziale che passava sopra e si avvicinava a Hubble; gli oggetti apparivano come due deboli punti di luce nel cielo mentre orbitavano attorno alla Terra.

Il sesto giorno della missione, gli astronauti Jeffrey Hoffman e Story Musgrave hanno condotto una passeggiata spaziale per rimuovere WFPC da Hubble e installare WFPC2. Tutto sembrava andare come previsto, ma la vera prova doveva ancora venire.

Gli astronauti sono tornati sulla Terra il 13 dicembre e i primi dati grezzi da WFPC2 sono tornati il ​​18 dicembre. Il team ha inserito i dati attraverso il software di elaborazione delle immagini e ha guardato con ansia mentre le immagini iniziavano a scorrere sullo schermo. C'è stato un sollievo immediato.

"Erano taglienti, " Trauger ha detto delle immagini. "E non era solo che avevamo immagini che sembravano incredibili, era che stavamo facendo subito nuove scoperte. C'erano cose nelle immagini che non avevamo mai visto prima".

La NASA ha rilasciato le prime immagini al pubblico il 13 gennaio, 1994. Il giorno dopo, il team WFPC2 ha presentato i risultati a un pubblico straripante al meeting invernale dell'American Astronomical Society.

"Quando abbiamo mostrato le prime immagini, la stanza esplose; abbiamo ricevuto una standing ovation, " Disse Trauger. "Di solito non lo vedi a una riunione di astronomia!"

Lo strumento WFPC2 ha operato su Hubble per oltre 15 anni e ha impiegato più di 135, 000 osservazioni dell'universo. più di 3, 500 articoli scientifici sono stati scritti sulla base di tali dati prima che lo strumento fosse ritirato nel 2009, e oltre 2, Da allora ne sono stati pubblicati altri 000.

"WFPC2 non ha avuto successo per magia o fortuna; è riuscito perché avevamo un gruppo di persone competenti e laboriose che hanno capito la posta in gioco e hanno accettato la sfida, " ha detto Gallagher. "E proprio come con ogni progetto, Vorrei poter trasportare quella squadra con me alla prossima missione".

Nel maggio del 2009, gli astronauti hanno rimosso WFPC2 da Hubble e lo hanno sostituito con la Wide Field Camera 3 (WFC3), che continua a funzionare oggi, 28 anni dopo la prima accensione di Hubble. WFPC2 è stato successivamente esposto al pubblico allo Smithsonian Air and Space Museum di Washington, D.C.