Comment les informations sont transmises depuis Hubble. Contexte, concepts, premiers projets

Contexte, concepts, premiers projets

La première mention du concept de télescope orbital se trouve dans le livre « Rocket in Interplanetary Space » d'Hermann Oberth (allemand). "Le Rakete zu den Planetenraumen" ).

En 1946, l’astrophysicien américain Lyman Spitzer a publié l’article « Les avantages astronomiques d’un observatoire extraterrestre ». Avantages astronomiques d'un observatoire extraterrestre ). L’article met en évidence deux avantages principaux d’un tel télescope. Premièrement, sa résolution angulaire sera limitée uniquement par la diffraction, et non par les écoulements turbulents dans l'atmosphère ; à l'époque, la résolution des télescopes au sol était de 0,5 à 1,0 seconde d'arc, tandis que la limite théorique de résolution de diffraction pour un télescope doté d'un miroir de 2,5 mètres est d'environ 0,1 seconde. Deuxièmement, le télescope spatial pourrait observer dans les domaines infrarouge et ultraviolet, dans lesquels l'absorption du rayonnement par l'atmosphère terrestre est très importante.

Spitzer a consacré une partie importante de sa carrière scientifique à l'avancement du projet. En 1962, un rapport publié par l'Académie nationale des sciences des États-Unis recommandait que le développement d'un télescope en orbite soit inclus dans le programme spatial et, en 1965, Spitzer fut nommé chef d'un comité chargé de définir les objectifs scientifiques d'un grand télescope spatial.

L'astronomie spatiale a commencé à se développer après la fin de la Seconde Guerre mondiale. En 1946, le spectre ultraviolet du Soleil fut obtenu pour la première fois. Un télescope orbital pour la recherche solaire a été lancé par le Royaume-Uni en 1962 dans le cadre du programme Ariel, et en 1966 la NASA a lancé le premier observatoire orbital OAO-1 dans l'espace. Observatoire astronomique en orbite ). La mission a échoué en raison d'une panne de batterie trois jours après le lancement. En 1968, OAO-2 a été lancé, qui a permis d'observer le rayonnement ultraviolet des étoiles et des galaxies jusqu'en 1972, dépassant largement sa durée de vie nominale d'un an.

Les missions OAO ont clairement démontré le rôle que les télescopes en orbite pouvaient jouer et, en 1968, la NASA a approuvé le projet de construire un télescope réfléchissant doté d'un miroir de 3 m de diamètre. Le projet a été baptisé LST. Grand télescope spatial). Le lancement était prévu pour 1972. Le programme a souligné la nécessité d'expéditions régulières pour entretenir le télescope afin d'assurer le fonctionnement à long terme de cet instrument coûteux. Le programme de la navette spatiale, qui se développait parallèlement, laissait espérer des opportunités correspondantes.

La lutte pour financer le projet

En raison du succès du programme JSC, il existe un consensus au sein de la communauté astronomique selon lequel la construction d'un grand télescope en orbite devrait être une priorité. En 1970, la NASA a créé deux comités, l'un pour étudier et planifier les aspects techniques, le second pour développer un programme de recherche scientifique. Le prochain obstacle majeur était le financement du projet, dont les coûts devaient dépasser ceux de n'importe quel télescope au sol. Le Congrès américain a remis en question bon nombre des estimations proposées et a réduit considérablement les crédits, qui impliquaient initialement des recherches à grande échelle sur les instruments et la conception de l'observatoire. En 1974, dans le cadre d'un programme de coupes budgétaires lancé par le président Ford, le Congrès a complètement supprimé le financement du projet.

En réponse, les astronomes ont lancé une vaste campagne de lobbying. De nombreux scientifiques ont rencontré personnellement des sénateurs et des membres du Congrès, et plusieurs envois massifs de lettres ont également été effectués pour soutenir le projet. L'Académie nationale des sciences a publié un rapport soulignant l'importance de construire un grand télescope en orbite et, en conséquence, le Sénat a accepté d'allouer la moitié du budget initialement approuvé par le Congrès.

Des problèmes financiers ont conduit à des réductions, notamment la décision de réduire le diamètre du miroir de 3 à 2,4 mètres pour réduire les coûts et obtenir un design plus compact. Le projet d'un télescope doté d'un miroir d'un mètre et demi, censé être lancé dans le but de tester et de tester les systèmes, a également été annulé et il a été décidé de coopérer avec l'Agence spatiale européenne. L'ESA a accepté de contribuer au financement et de fournir un certain nombre d'instruments et de panneaux solaires pour l'observatoire, en échange de la réservation par les astronomes européens d'au moins 15 % du temps d'observation. En 1978, le Congrès a approuvé un financement de 36 millions de dollars et les travaux de conception à grande échelle ont commencé immédiatement après. La date de lancement était prévue pour 1983. Au début des années 1980, le télescope porte le nom d'Edwin Hubble.

Organisation de la conception et de la construction

Le travail de création du télescope spatial a été réparti entre de nombreuses entreprises et institutions. Le Marshall Space Center était responsable du développement, de la conception et de la construction du télescope, le Goddard Space Flight Center était responsable de la gestion globale du développement des instruments scientifiques et a été choisi comme centre de contrôle au sol. Le Marshall Center a engagé Perkin-Elmer pour concevoir et fabriquer le système optique du télescope. Ensemble de télescope optique, OTA ) et des capteurs de guidage de précision. Lockheed Corporation a reçu un contrat pour construire le vaisseau spatial destiné au télescope.

Fabrication du système optique

Polissage du miroir primaire du télescope, Laboratoire Perkin-Elmer, mai 1979.

Le miroir et le système optique dans son ensemble constituaient les éléments les plus importants de la conception du télescope et des exigences particulièrement strictes leur étaient imposées. Généralement, les miroirs des télescopes sont fabriqués avec une tolérance d'environ un dixième de la longueur d'onde de la lumière visible, mais comme le télescope spatial était destiné à observer de l'ultraviolet au proche infrarouge, et que la résolution devait être dix fois supérieure à celle du sol. instruments basés sur la tolérance pour sa fabrication. Le miroir principal a été réglé sur 1/20 de la longueur d'onde de la lumière visible, soit environ 30 nm.

La société Perkin-Elmer avait l'intention d'utiliser de nouvelles machines à commande numérique pour produire un miroir d'une forme donnée. Kodak a été engagé pour fabriquer un miroir de remplacement en utilisant des méthodes de polissage traditionnelles en cas de problèmes imprévus avec des technologies non éprouvées (le miroir fabriqué par Kodak est actuellement exposé au musée). Les travaux sur le miroir principal ont commencé en 1979, en utilisant du verre à très faible coefficient de dilatation. Pour réduire le poids, le miroir se composait de deux surfaces - inférieure et supérieure, reliées par une structure en treillis en nid d'abeille.

Miroir de secours du télescope, Smithsonian Air and Space Museum, Washington.

Les travaux de polissage du miroir se sont poursuivis jusqu'en mai 1981, mais les délais initiaux n'ont pas été respectés et le budget a été largement dépassé. Les rapports de la NASA de l'époque exprimaient des doutes quant à la compétence de la direction de Perkin-Elmer et à sa capacité à mener à bien un projet d'une telle importance et d'une telle complexité. Pour économiser de l'argent, la NASA a annulé la commande du miroir de sauvegarde et a déplacé la date de lancement à octobre 1984. Les travaux furent finalement achevés fin 1981 après l'application d'un revêtement réfléchissant d'aluminium de 75 nm d'épaisseur et d'un revêtement protecteur de fluorure de magnésium de 25 nm d'épaisseur.

Malgré cela, des doutes sur la compétence de Perkin-Elmer subsistaient car la date d'achèvement des composants restants du système optique était constamment repoussée et le budget du projet augmentait. La NASA a décrit le calendrier de l'entreprise comme « incertain et changeant quotidiennement » et a retardé le lancement du télescope jusqu'en avril 1985. Cependant, les délais ont continué à être respectés, le retard a augmenté en moyenne d'un mois chaque trimestre et, au stade final, il a augmenté d'un jour chaque jour. La NASA a été contrainte de reporter le lancement à deux reprises, d'abord en mars puis en septembre 1986. À cette époque, le budget total du projet atteignait 1,175 milliard de dollars.

Vaisseau spatial

Les premières étapes des travaux sur le vaisseau spatial, 1980.

Un autre problème technique difficile consistait à créer un vaisseau spatial pour le télescope et d’autres instruments. Les principales exigences étaient la protection de l'équipement contre les changements constants de température lors du chauffage par la lumière directe du soleil et du refroidissement à l'ombre de la Terre, ainsi qu'une orientation particulièrement précise du télescope. Le télescope est monté à l’intérieur d’une capsule légère en aluminium recouverte d’une isolation thermique multicouche pour garantir une température stable. La rigidité de la capsule et le montage des instruments sont assurés par un cadre spatial interne en fibre de carbone.

Bien que le vaisseau spatial ait eu plus de succès que le système optique, Lockheed a également pris un léger retard et dépassé son budget. En mai 1985, les dépassements de coûts s'élevaient à environ 30 % du volume initial et le retard par rapport au plan était de 3 mois. Un rapport préparé par le Marshall Space Center a noté que l'entreprise n'avait pas fait preuve d'initiative dans la réalisation des travaux, préférant s'appuyer sur les instructions de la NASA.

Coordination de la recherche et contrôle des vols

En 1983, après une confrontation entre la NASA et la communauté scientifique, elle a été créée. L'institut est géré par l'Association des universités pour la recherche astronomique. Association des universités pour la recherche en astronomie ) (Anglais) AURA) et est situé sur le campus de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland. L'Université Hopkins est l'une des 32 universités américaines et institutions étrangères membres de l'association. Le Space Telescope Science Institute est chargé d'organiser le travail scientifique et de mettre les données à la disposition des astronomes, fonctions que la NASA souhaitait garder sous son propre contrôle mais que les scientifiques ont choisi de sous-traiter à des institutions universitaires.

Le Centre européen de coordination des télescopes spatiaux a été fondé en 1984 à Garching, en Allemagne, pour fournir des installations similaires aux astronomes européens.

Le contrôle du vol a été confié au Goddard Space Flight Center. Centre de vol spatial Goddard), situé à Greenbelt, dans le Maryland, à 48 kilomètres du Space Telescope Science Institute. Le fonctionnement du télescope est surveillé 24 heures sur 24 par quatre groupes de spécialistes.

Le support technique est fourni par la NASA et les entreprises contractantes via le Goddard Center.

Lancement et mise en route

Le lancement de la navette Discovery avec à son bord le télescope Hubble.

Le lancement du télescope était initialement prévu pour octobre 1986, mais la catastrophe du Challenger du 28 janvier a interrompu le programme de la navette spatiale pendant plusieurs années et le lancement a dû être reporté.

Le retard forcé a permis d'apporter un certain nombre d'améliorations : les panneaux solaires ont été remplacés par des panneaux plus efficaces, le complexe informatique de bord et les systèmes de communication ont été modernisés et la conception du boîtier de protection arrière a été modifiée afin de faciliter l'entretien du télescope. en orbite.

Pendant tout ce temps, des parties du télescope étaient stockées dans des pièces dotées d'une atmosphère artificiellement purifiée, ce qui augmentait encore les coûts du projet.

Après la reprise des vols des navettes en 1988, le lancement est finalement prévu pour 1990. Avant le lancement, la poussière accumulée sur le miroir a été éliminée à l'aide d'azote comprimé et tous les systèmes ont été minutieusement testés.

Appareils installés au moment du lancement

Au moment du lancement, cinq instruments scientifiques étaient installés à bord :

• Caméra grand angle et planétaire Caméra grand champ et planétaire ) (Anglais) Caméra grand champ et planétaire, WFPC ). La caméra a été construite au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Il était équipé d’un ensemble de 48 filtres lumineux permettant de mettre en évidence les zones du spectre présentant un intérêt particulier pour les observations astrophysiques. L'appareil disposait de 8 matrices CCD, réparties entre deux caméras, chacune utilisant 4 matrices. La caméra grand angle avait un champ de vision plus large, tandis que la caméra planétaire avait une distance focale plus longue et offrait donc un plus grand grossissement.

• Appareil photo pour photographier des objets sombres Caméra pour objets faibles) (Anglais) Caméra pour objets faibles, FOC). L'instrument a été développé par l'ESA. L'appareil photo était destiné à photographier des objets dans la plage ultraviolette avec une haute résolution allant jusqu'à 0,05 seconde.

• Spectrographe d'objets sombres Spectrographe d'objets faibles) (Anglais) Spectrographe d'objets faibles, FOS ). Destiné à l'étude d'objets particulièrement sombres dans la gamme ultraviolette.

• Photomètre haute vitesse Photomètre haute vitesse) (Anglais) Photomètre haute vitesse, HSP). Développé à l’Université du Wisconsin, il était destiné à l’observation d’étoiles variables et d’autres objets de luminosité variable. Cela pourrait prendre jusqu'à 10 000 mesures par seconde avec une erreur d'environ 2 %.

Défaut du miroir principal

Dès les premières semaines après le début des travaux, les images obtenues ont démontré un grave problème dans le système optique du télescope. Bien que la qualité de l'image soit meilleure que celle des télescopes au sol, Hubble n'a pas pu atteindre la netteté souhaitée et la résolution des images était bien pire que prévu. Les images avaient un rayon de plus d'une seconde solide au lieu de se concentrer sur un cercle de 0,1 seconde de diamètre, selon les spécifications.

L'analyse des images a montré que la source du problème était la forme incorrecte du miroir primaire. Même s’il s’agissait peut-être du miroir calculé le plus précisément jamais fabriqué, avec une tolérance ne dépassant pas 1/20ème de la longueur d’onde de la lumière visible, il était trop plat sur les bords. L'écart par rapport à la forme de surface spécifiée n'était que de 2 microns, mais le résultat fut catastrophique : une forte aberration sphérique, un défaut optique dans lequel la lumière réfléchie par les bords du miroir est focalisée en un point différent de celui auquel la lumière réfléchie par le miroir est focalisée. le centre du miroir est focalisé.

L'effet du défaut sur la recherche astronomique dépendait du type spécifique d'observation : les caractéristiques de diffusion étaient suffisantes pour obtenir des observations uniques à haute résolution d'objets brillants, et la spectroscopie n'était pas non plus largement affectée. Cependant, la perte d'une partie importante du flux lumineux due à la défocalisation a considérablement réduit l'aptitude du télescope à observer des objets sombres et à obtenir des images à contraste élevé. Cela signifiait que presque tous les programmes cosmologiques devenaient tout simplement impossibles, car ils nécessitaient l'observation d'objets particulièrement sombres.

Causes du défaut

En analysant les images de sources lumineuses ponctuelles, les astronomes ont découvert que la constante conique du miroir était de −1,0139, au lieu de la valeur requise de −1,00229. Le même nombre a été obtenu en testant les correcteurs nuls (instruments permettant une mesure de haute précision de la courbure d'une surface polie) utilisés par Perkin-Elmer, ainsi qu'en analysant les interférogrammes obtenus lors des tests au sol du miroir.

La commission dirigée par Liu Allen Lew Allen), directeur du Jet Propulsion Laboratory, a constaté que le défaut résultait d'une erreur lors de l'installation du correcteur nul principal, dont la lentille de champ était décalée de 1,3 mm par rapport à la position correcte. Le changement s'est produit en raison de la faute du technicien qui a assemblé l'appareil. Il a commis une erreur en travaillant avec un compteur laser, utilisé pour placer avec précision les éléments optiques de l'appareil, et lorsque, une fois l'installation terminée, il a remarqué un écart inattendu entre la lentille et la structure qui la supporte, il a simplement inséré une rondelle métallique ordinaire.

Lors du polissage du miroir, sa surface a été vérifiée à l'aide de deux autres correcteurs nuls, chacun indiquant correctement la présence d'aberration sphérique. Ces contrôles ont été spécifiquement conçus pour exclure les défauts optiques graves. Malgré des instructions claires de contrôle de qualité, l'entreprise a ignoré les résultats des mesures, préférant croire que les deux correcteurs nuls étaient moins précis que le principal, dont les lectures indiquaient la forme parfaite du miroir.

La commission a imputé principalement la responsabilité de ce qui s'est passé à l'artiste interprète ou exécutant. Les relations entre l'entreprise d'optique et la NASA se sont considérablement détériorées pendant les travaux sur le télescope en raison de retards constants dans le calendrier et de dépassements de coûts. La NASA a déterminé que l'entreprise ne considérait pas les travaux de miroir comme une partie essentielle de son activité et estimait que la commande ne pouvait pas être transférée à un autre entrepreneur une fois les travaux commencés. Bien que la commission ait sévèrement critiqué l'entreprise, la NASA a également porté une certaine responsabilité, principalement pour son incapacité à détecter de graves problèmes de contrôle de qualité et des violations des procédures de la part du sous-traitant.

À la recherche d'une solution

Étant donné que la conception du télescope prévoyait initialement un entretien en orbite, les scientifiques ont immédiatement commencé à rechercher une solution potentielle qui pourrait être appliquée lors de la première mission technique, prévue pour 1993. Bien que Kodak ait achevé un miroir de remplacement pour le télescope, son remplacement dans l'espace n'était pas possible, et retirer le télescope de l'orbite pour remplacer le miroir sur Terre aurait été trop long et coûteux. Le fait que le miroir ait été poli avec précision pour lui donner une forme irrégulière a conduit à l'idée de développer un nouveau composant optique qui effectuerait une transformation équivalente à l'erreur, mais de signe opposé. Le nouvel appareil fonctionnerait comme des lunettes de télescope, corrigeant l’aberration sphérique.

En raison de la différence dans la conception des instruments, il a été nécessaire de développer deux dispositifs de correction différents. L'un d'entre eux était destiné à la caméra grand format et planétaire, dotée de miroirs spéciaux qui redirigeaient la lumière vers ses capteurs, et la correction pouvait être effectuée grâce à l'utilisation de miroirs de forme spéciale qui compenseraient complètement l'aberration. Un changement correspondant a été inclus dans la conception de la nouvelle Chambre Planétaire. D'autres instruments n'avaient pas de surfaces réfléchissantes intermédiaires et nécessitaient donc un dispositif de correction externe.

Système de correction optique (COSTAR)

Le système conçu pour corriger l'aberration sphérique s'appelle COSTAR. COSTAR) et se composait de deux miroirs, dont l'un compensait le défaut. Pour installer COSTAR sur le télescope, il a fallu démonter l'un des instruments, et les scientifiques ont décidé de sacrifier un photomètre à grande vitesse.

Au cours des trois premières années de fonctionnement, avant l'installation des dispositifs correcteurs, le télescope a effectué un grand nombre d'observations. En particulier, le défaut n’a pas eu d’effet important sur les mesures spectroscopiques. Malgré l’annulation des expériences en raison du défaut, de nombreux résultats scientifiques importants ont été obtenus, notamment de nouveaux algorithmes permettant d’améliorer la qualité des images grâce à la déconvolution.

Entretien du télescope

Hubble est entretenu lors des sorties dans l'espace à partir de vaisseaux spatiaux réutilisables tels que la navette spatiale.

Au total, quatre expéditions ont été menées pour entretenir le télescope Hubble :

Première expédition

Travail sur le télescope lors de la première expédition.

En raison de la découverte d'un défaut dans le miroir, l'importance de la première expédition de maintenance était particulièrement grande, puisqu'elle devait installer des optiques correctrices sur le télescope. Le vol Endeavour STS-61 a eu lieu du 2 au 13 décembre 1993 et ​​les travaux sur le télescope se sont poursuivis pendant dix jours. L'expédition fut l'une des plus difficiles de l'histoire ; elle comprenait cinq longues sorties dans l'espace.

Le photomètre haute vitesse a été remplacé par un système de correction optique, les caméras grand angle et planétaire ont été remplacées par un nouveau modèle (WFPC2). Caméra grand champ et planétaire 2 )) avec un système de correction optique interne. La caméra avait trois CCD carrés connectés dans un coin et un capteur « planétaire » plus petit et de plus haute résolution au quatrième coin. Par conséquent, les images des caméras ont la forme caractéristique d’un carré ébréché.

STIS a une plage de travail de 115 à 1 000 nm et permet une spectrographie bidimensionnelle, c'est-à-dire l'obtention du spectre de plusieurs objets simultanément dans le champ de vision.

L'enregistreur de vol a également été remplacé, l'isolation thermique a été réparée et l'orbite a été corrigée.

Troisième expédition (A)

L'expédition 3A (« Discovery » STS-103) a eu lieu du 19 au 27 décembre 1999, après qu'il a été décidé d'effectuer une partie du troisième programme d'entretien plus tôt que prévu. Cela était dû à la défaillance de trois des six gyroscopes du système de guidage. Le quatrième gyroscope est tombé en panne plusieurs semaines avant le vol, rendant le télescope impropre aux observations. L'expédition a remplacé les six gyroscopes, le capteur de guidage de précision et l'ordinateur de bord. Le nouvel ordinateur utilisait une version spéciale du processeur Intel 80486, avec une résistance accrue aux radiations. Cela a permis de réaliser certains des calculs précédemment effectués au sol grâce au complexe embarqué.

Troisième expédition (B)

Hubble dans la soute de la navette avant de retourner en orbite, avec la Terre s'élevant en arrière-plan. Expédition STS-109.

Expédition 3B (quatrième mission) réalisée du 1er au 12 mars 2002, vol Columbia STS-109. Au cours de l'expédition, la caméra pour objets faibles a été remplacée par la caméra d'enquête avancée. Caméra avancée pour les enquêtes) (Anglais) Caméra avancée pour les enquêtes, ACS ) et le fonctionnement de la caméra et du spectromètre proche infrarouge, dont le système de refroidissement est tombé en panne d'azote liquide en 1999, a été rétabli.

ACS se compose de trois caméras, dont l’une fonctionne dans l’ultraviolet lointain, et les autres dupliquent et améliorent les capacités de WFPC2. Partiellement inopérant depuis le 29 janvier 2007.

Les panneaux solaires ont été remplacés pour la deuxième fois. Les nouveaux panneaux avaient une superficie d'un tiers plus petite, ce qui réduisait considérablement les pertes dues au frottement dans l'atmosphère, mais générait en même temps 30 % d'énergie en plus, permettant de fonctionner simultanément avec tous les instruments installés à bord de l'observatoire. L'unité de distribution d'énergie a également été remplacée, ce qui a nécessité une coupure complète de l'alimentation électrique à bord pour la première fois depuis le lancement.

Les travaux effectués ont considérablement élargi les capacités du télescope. Deux instruments commandés lors des travaux - ACS et NICMOS - ont permis d'obtenir des images de l'espace lointain.

Quatrième expédition

La prochaine mission de maintenance visant à remplacer les batteries et les gyroscopes, ainsi qu'à installer des instruments nouveaux et améliorés, était prévue pour février 2005, mais après la catastrophe de la navette spatiale Columbia le 1er mars 2003, elle a été reportée sine die, ce qui a compromis la poursuite des travaux. Hubble". Même après la reprise des vols de la navette, la mission a été annulée car il a été décidé que chaque navette envoyée dans l'espace devrait pouvoir atteindre l'ISS si des dysfonctionnements étaient détectés, et en raison de la grande différence d'inclinaison et d'altitude des orbites, la navette pourrait ne pas accoster à la station après les visites au télescope.

Après cette mission, le télescope Hubble devra continuer à fonctionner en orbite au moins jusqu'en 2014.

Réalisations

En 15 ans de fonctionnement en orbite terrestre basse, Hubble a reçu 700 000 images de 22 000 objets célestes - étoiles, nébuleuses, galaxies, planètes. Le flux de données qu’il génère quotidiennement pendant le processus d’observation est d’environ 15 Go. Leur volume total, accumulé sur tout le fonctionnement du télescope, dépasse les 20 téraoctets. Plus de 3 900 astronomes ont eu l’occasion de l’utiliser pour des observations et environ 4 000 articles ont été publiés dans des revues scientifiques. Il a été constaté qu'en moyenne, l'indice de citation des articles astronomiques basés sur des données de télescope est deux fois plus élevé que celui des articles basés sur d'autres données. Chaque année, dans la liste des 200 articles les plus cités, au moins 10 % sont des ouvrages basés sur les matériaux Hubble. Environ 30 % des ouvrages sur l’astronomie en général ont un indice de citation nul, et seulement 2 % des ouvrages réalisés à l’aide d’un télescope spatial.

Cependant, le prix à payer pour les réalisations de Hubble est très élevé : une étude spéciale consacrée à l'étude de l'impact de différents types de télescopes sur le développement de l'astronomie a révélé que bien que les travaux réalisés à l'aide du télescope orbital aient un indice de citation total de 15 fois plus élevé qu'un réflecteur au sol doté d'un miroir de 4 mètres, le coût d'entretien d'un télescope spatial est 100 fois ou plus.

Observations les plus significatives

Accès au télescope

Toute personne ou organisation peut postuler pour travailler avec le télescope ; il n'y a aucune restriction nationale ou académique. La concurrence pour le temps d'observation est très forte ; le temps total demandé est généralement 6 à 9 fois supérieur au temps réellement disponible.

Un appel à candidatures pour l’observation est annoncé environ une fois par an. Les candidatures sont divisées en plusieurs catégories :

• Observations générales Observateur général). La plupart des applications qui nécessitent une procédure de routine et une durée d'observation entrent dans cette catégorie.
• Observations éclair Observations instantanées), des observations ne nécessitant pas plus de 45 minutes, temps de pointage compris du télescope, permettent de combler les écarts entre les observations générales.
• Observations urgentes Cible d'opportunité), pour étudier des phénomènes observables sur une période de temps limitée et préalablement connue.

De plus, 10 % du temps d'observation reste dans ce que l'on appelle la « réserve du directeur ». Les astronomes peuvent demander à utiliser la réserve à tout moment, et elle est généralement utilisée pour l'observation d'événements imprévus à court terme tels que les explosions de supernova. Le tournage de l'espace lointain dans le cadre des programmes Hubble Deep Field et Hubble Ultra Deep Field a également été réalisé aux dépens de la réserve du réalisateur.

Les premières années, une partie du temps de réserve était réservée aux astronomes amateurs. Leurs candidatures ont été examinées par un comité composé également des astronomes profanes les plus éminents. Les principales exigences pour la candidature étaient l'originalité de la recherche et la divergence entre le sujet et les demandes soumises par les astronomes professionnels. Au total, entre 1997 et 1997, 13 observations ont été réalisées grâce à des programmes proposés par des astronomes amateurs. Par la suite, en raison de coupes budgétaires à l'institut, l'offre de temps aux non-professionnels a été interrompue.

Observations de planification

La planification des observations est une tâche extrêmement complexe, car il faut prendre en compte l'influence de nombreux facteurs :

• Étant donné que le télescope est en orbite basse, ce qui est nécessaire pour fournir des services, une partie importante des objets astronomiques est obscurcie par la Terre pendant un peu moins de la moitié du temps orbital. Il existe une « longue zone de visibilité » à environ 90° du plan orbital, mais en raison de la précession orbitale, la direction exacte change sur une période de huit semaines.
• En raison de l'augmentation des niveaux de rayonnement, les observations ne sont pas possibles lorsque le télescope survole l'anomalie de l'Atlantique Sud.
• L'écart minimum par rapport au Soleil est de 45° pour empêcher la lumière directe du soleil de pénétrer dans le système optique, ce qui rend notamment impossible l'observation de Mercure, et les observations directes de la Lune et de la Terre sont autorisées avec les capteurs de guidage de précision désactivés.
• Étant donné que le télescope orbite dans la haute atmosphère, dont la densité varie avec le temps, il est impossible de prédire avec précision l’emplacement du télescope. L'erreur d'une prédiction sur six semaines peut aller jusqu'à 4 000 km. A cet égard, des plannings d'observation précis sont établis quelques jours à l'avance afin d'éviter que l'objet choisi pour l'observation ne soit visible à l'heure convenue.

Transmission, stockage et traitement des données du télescope

Transmission à la Terre

Les données de Hubble sont d'abord stockées dans des périphériques de stockage embarqués ; au moment du lancement, des magnétophones à bobine ont été utilisés à ce titre ; lors des expéditions 2 et 3A, ils ont été remplacés par des disques SSD. Ensuite, via le système de communication par satellite (TDRSS). TDRSS)), situé en orbite basse, les données sont transmises au Goddard Center.

Archivage et accès aux données

Au cours de la première année à compter de la date de réception, les données sont fournies uniquement à l'enquêteur principal (candidat à l'observation), puis placées dans une archive librement accessible. Le chercheur peut présenter une demande au directeur de l'institut pour réduire ou augmenter ce délai.

Les observations faites en utilisant le temps de la réserve du directeur deviennent immédiatement du domaine public, tout comme les données techniques et complémentaires.

Les données des archives sont stockées au format instrument et doivent subir un certain nombre de transformations avant de pouvoir être analysées. Le Space Telescope Institute a développé un progiciel pour la conversion et l’étalonnage automatiques des données. Les conversions sont effectuées automatiquement lorsque les données sont demandées. En raison de la grande quantité d’informations et de la complexité des algorithmes, le traitement peut prendre un jour ou plus.

Les astronomes peuvent également récupérer les données brutes et effectuer eux-mêmes cette procédure, ce qui est utile lorsque le processus de conversion diffère du processus standard.

Les données peuvent être traitées à l'aide de divers programmes, mais le Telescope Institute propose un package STSDAS(Système d'analyse des données scientifiques du télescope spatial, anglais. Système d'analyse des données scientifiques du télescope spatial ). Le package contient tous les programmes nécessaires au traitement des données, optimisés pour travailler avec les informations de Hubble. Le package fonctionne comme un module du programme d'astronomie populaire IRAF.

Relations publiques

Il a toujours été important que le projet de télescope spatial capte l’attention et l’imagination du grand public, et en particulier du contribuable américain, qui a apporté la contribution la plus significative au financement de Hubble.

L'un des projets les plus importants en matière de relations publiques est le projet Hubble Legacy. L'héritage de Hubble). Sa mission est de publier les images les plus impressionnantes visuellement et esthétiquement obtenues par le télescope. Les galeries de projets contiennent non seulement des photographies originales, mais également des collages et des dessins créés à partir de celles-ci. Le projet s'est vu attribuer une petite quantité de temps d'observation pour obtenir des images en couleur d'objets dont la photographie dans la partie visible du spectre n'était pas nécessaire pour la recherche.

En outre, le Space Telescope Institute gère plusieurs sites Web contenant des images et des informations complètes sur le télescope.

En 2000, un Bureau des relations publiques a été créé pour coordonner les efforts des différents départements. Bureau de sensibilisation du public).

En Europe, depuis 1999, le Centre européen d'information s'occupe des relations publiques. Centre d'information de l'Agence spatiale européenne Hubble ) (Anglais) Centre d'information de l'Agence spatiale européenne Hubble, HEIC ), établi au Centre européen de coordination des télescopes spatiaux. Le centre est également responsable des programmes éducatifs de l'ESA liés au télescope.

L'avenir de Hubble

Il est prévu qu'après les travaux de réparation effectués par la quatrième expédition, Hubble fonctionnera en orbite jusqu'en 2014, date à laquelle il sera remplacé par le télescope spatial James Webb.

Données techniques

Vue générale du télescope.

Paramètres d'orbite

• Inclinaison : 28,469°.
• Apogée : 571 km.
• Périgée : 565 km.
• Période orbitale : 96,2 min.

Vaisseau spatial

• La longueur du vaisseau spatial est de 13,3 m, le diamètre est de 4,3 m, la portée des panneaux solaires est de 12,0 m et la masse est de 11 000 kg (avec les instruments installés environ 12 500 kg).
• Le télescope est un réflecteur Ritchie-Chrétien d'un diamètre de miroir de 2,4 m, permettant une résolution optique de l'ordre de 0,1 seconde d'arc.

Appareils

Le télescope a une structure modulaire et contient cinq compartiments pour les instruments optiques. L'un des compartiments a longtemps été occupé par un système optique correcteur (1993-2009). Remplacement axial du télescope spatial à optique corrective ) (COSTAR), installé lors de la première mission de maintenance en 1993 pour compenser les imprécisions de fabrication du miroir primaire. Étant donné que tous les instruments installés après le lancement du télescope disposent de systèmes de correction de défauts intégrés, lors de la dernière expédition, il est devenu possible de démonter le système COSTAR et d'utiliser le compartiment pour installer un spectrographe ultraviolet.

Chronologie d'installation des instruments à bord du télescope spatial (les instruments nouvellement installés sont en italique) :

Comme indiqué ci-dessus, le système de guidage est également utilisé à des fins scientifiques.

Remarques

1. Revue historique sur le site officiel, partie 2 (anglais)
2. Lyman S. Spitzer. (1979) Histoire du télescope spatial // Journal trimestriel de la Royal Astronomical Society. V. 20. P. 29
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4. Informations sur le site de la NASA (anglais)
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10. Comparaison de graphiques réels et calculés pour l'affichage d'objets ponctuels (anglais)
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18. La NASA approuve la mission et nomme l'équipage pour le retour à Hubble (anglais) NASA, 31 octobre 2006

Droit d’auteur des illustrations Service mondial de la BBC Légende de l'image Hubble a été mis en orbite par la navette spatiale Discovery le 24 avril 1990.

Cette semaine marque le 25e anniversaire du lancement du télescope spatial Hubble. Le jubilé d'argent a été marqué par une autre photographie montrant de jeunes étoiles brillant sur fond d'épais nuage de gaz et de poussière.

Cet amas d'étoiles - Westerlund 2 - est situé à 20 000 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Carène.

Les ingénieurs de la NASA estiment que le télescope en orbite fonctionnera pendant encore au moins cinq ans.

"Personne n'aurait pu prédire en 1990 à quel point Hubble réécrirait tous nos manuels d'astrophysique et de sciences planétaires", déclare Charlie Bolden, administrateur de la NASA.

Peu de temps après le lancement du télescope, un défaut a été découvert dans son miroir principal, ce qui rendait toutes les images floues.

En 1993, les astronautes ont réussi à corriger ce défaut en installant un dispositif de correction spécialement créé.

Après quatre visites de maintenance supplémentaires, le télescope est en excellent état et techniquement capable de bien plus qu'il ne l'était immédiatement après le lancement.

Dans le passé, Hubble a souffert d’une détérioration progressive de ses six gyroscopes, utilisés dans son système de contrôle d’attitude.

Cependant, après leur remplacement, un seul est tombé en panne en mars 2014. Au cours des dernières années, grâce au remplacement de composants électroniques obsolètes et à l'installation de nouvelles caméras, le télescope a commencé à fonctionner sensiblement mieux.

Il est difficile de surestimer la contribution de ce télescope en orbite à la science.

Au moment de son lancement, les astronomes ne savaient rien de l'âge de l'Univers : les estimations variaient entre 10 et 20 milliards d'années.

Les études menées au télescope sur les pulsars ont réduit cet écart, et les idées actuelles suggèrent que 13,8 milliards d'années se sont écoulées depuis le Big Bang.

Hubble a joué un rôle crucial dans la découverte de l'accélération de l'expansion de l'Univers et a également apporté des preuves décisives de l'existence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies.

La force du télescope spatial par rapport à la nouvelle génération de télescopes terrestres reste sa capacité unique à pénétrer dans le passé profond de l’Univers, en observant des objets qui se sont formés aux tout premiers stades de son histoire.

Parmi les plus grandes réalisations du télescope figurent sans aucun doute les observations en « champ profond », lorsqu'il a enregistré pendant plusieurs jours le rayonnement lumineux venant d'une partie sombre du ciel et révélé la présence de milliers de galaxies extrêmement lointaines et très faiblement lumineuses.

Actuellement, le télescope consacre la plupart de son temps à effectuer de telles observations dans le cadre du programme Frontier Fields. Hubble examine six immenses amas d'anciennes galaxies.

Grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, Hubble est capable de scruter le passé encore plus lointain de l’Univers.

"La gravité, en courbant la lumière provenant de galaxies lointaines, nous permet de regarder au-delà de ces amas", explique Jennifer Lotz, participante au programme.

Hubble est actuellement capable de « voir » des objets dont la lumière est 10 à 50 fois plus faible que celle observée précédemment.

Le but de ces études est d’observer les premiers stades de la formation de la première génération d’étoiles et de galaxies, distantes du Big Bang de seulement quelques centaines de millions d’années.

C’est exactement ce que le successeur du télescope Hubble, le télescope spatial James Webb, beaucoup plus grand et plus avancé, fera à un niveau différent.

Son lancement est prévu pour 2018. Il a été conçu et construit spécifiquement pour cette tâche. La capture d’images qui prennent des jours et des semaines au télescope Hubble ne prendra que des heures.

Depuis les tout débuts de l’astronomie, depuis l’époque de Galilée, les astronomes poursuivent un objectif commun : voir plus, voir plus loin, voir plus profondément.

Et le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, constitue un grand pas dans cette direction. Le télescope est en orbite terrestre au-dessus de l'atmosphère, ce qui pourrait déformer et bloquer le rayonnement provenant des objets spatiaux. Grâce à son absence, les astronomes reçoivent des images de la plus haute qualité grâce à Hubble. Il est presque impossible de surestimer le rôle que le télescope a joué dans le développement de l'astronomie - Hubble est l'un des projets les plus réussis et à long terme de l'agence spatiale NASA. Il a envoyé des centaines de milliers de photographies sur Terre, mettant en lumière de nombreux mystères de l’astronomie. Il a contribué à déterminer l’âge de l’Univers, à identifier les quasars, à prouver que des trous noirs massifs se trouvent au centre des galaxies et même à mener des expériences pour détecter la matière noire.

Ces découvertes ont changé la façon dont les astronomes regardaient l’Univers. La capacité de voir dans les moindres détails a permis de transformer certaines hypothèses astronomiques en faits.

Hubble a des performances étonnantes. L’ensemble de la communauté astronomique bénéficie de sa capacité à voir dans les profondeurs de l’Univers. Chaque astronome peut envoyer une demande pour une certaine durée pour utiliser ses services, et un groupe de spécialistes décide si cela est possible. Après une observation, il faut généralement un an avant que la communauté astronomique reçoive les résultats de la recherche. Les données obtenues à l'aide du télescope étant accessibles à tous, tout astronome peut mener ses recherches en coordonnant les données avec les observatoires du monde entier. Cette politique rend la recherche ouverte et donc plus efficace. Cependant, les capacités uniques du télescope signifient également une demande très élevée: les astronomes du monde entier se battent pour le droit d'utiliser les services de Hubble pendant leur temps libre lors des missions principales. Chaque année, plus d'un millier de candidatures sont reçues, parmi lesquelles les meilleures selon les experts sont sélectionnées, mais selon les statistiques, seulement 200 sont satisfaites - seulement un cinquième du nombre total de candidats mènent leurs recherches à l'aide de Hubble.

Pourquoi a-t-il été nécessaire de lancer le télescope dans l’espace proche de la Terre et pourquoi l’appareil est-il si demandé par les astronomes ? Le fait est que le télescope Hubble a pu résoudre deux problèmes des télescopes au sol à la fois. Premièrement, le flou du signal provenant de l’atmosphère terrestre limite les capacités des télescopes au sol, quelle que soit leur sophistication technique. Le flou atmosphérique nous permet de voir les étoiles scintiller lorsque nous regardons le ciel. Deuxièmement, l’atmosphère absorbe les rayonnements d’une certaine longueur d’onde, en particulier les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma. Et c'est un problème sérieux, car l'étude des objets spatiaux est d'autant plus efficace que la plage d'énergie est large.
Et c'est précisément pour éviter l'influence négative de l'atmosphère sur la qualité des images obtenues que le télescope est situé au-dessus de celle-ci, à une distance de 569 kilomètres au-dessus de la surface. Dans le même temps, le télescope fait un tour autour de la Terre en 97 minutes, se déplaçant à une vitesse de 8 kilomètres par seconde.

Système optique du télescope Hubble

Le télescope Hubble est un système Ritchie-Chrétien, ou une version améliorée du système Cassegrain, dans lequel la lumière frappe initialement un miroir primaire, est réfléchie et frappe un miroir secondaire, qui concentre la lumière et la dirige vers le système d'instruments scientifiques du télescope. à travers un petit trou dans le miroir primaire. On croit souvent à tort qu’un télescope agrandit l’image.
En fait, il ne collecte que le maximum de lumière de l’objet.

En conséquence, plus le miroir principal est grand, plus il collectera de lumière et plus l'image sera claire. Le deuxième miroir focalise uniquement le rayonnement.

Le diamètre du miroir primaire de Hubble est de 2,4 mètres. Cela semble petit, étant donné que le diamètre des miroirs des télescopes au sol atteint 10 mètres ou plus, mais l'absence d'atmosphère reste un énorme avantage de la version bande dessinée.

Pour observer les objets spatiaux, le télescope dispose de plusieurs instruments scientifiques, travaillant ensemble ou séparément. Chacun d'eux est unique à sa manière.

Caméra avancée pour les enquêtes (ACS). Le plus récent instrument d'observation visible conçu pour la recherche sur l'Univers primitif, installé en 2002. Cette caméra a permis de cartographier la répartition de la matière noire, de détecter les objets les plus éloignés et d'étudier l'évolution des amas de galaxies.

Capteurs de guidage fin (FGS). Ils sont non seulement responsables du contrôle et de l'orientation du télescope dans l'espace - ils orientent le télescope par rapport aux étoiles et ne lui permettent pas de s'écarter de sa trajectoire, mais ils effectuent également des mesures précises des distances entre les étoiles et enregistrent les distances relatives. mouvement.
Comme de nombreux vaisseaux spatiaux en orbite autour de la Terre, la source d'énergie du télescope Hubble est le rayonnement solaire, capturé par deux panneaux solaires de douze mètres et stocké pour un fonctionnement ininterrompu tout en traversant la partie obscure de la Terre. La conception du système de guidage pour la cible souhaitée - un objet dans l'Univers - est également très intéressante - après tout, photographier avec succès une galaxie ou un quasar lointain à une vitesse de 8 kilomètres par seconde est une tâche très difficile. Le système d'orientation du télescope comprend les composants suivants : les capteurs de guidage de précision déjà mentionnés, qui marquent la position de l'appareil par rapport aux deux étoiles « principales » ; les capteurs de position par rapport au Soleil ne sont pas seulement des outils auxiliaires pour orienter le télescope, mais aussi des outils nécessaires pour déterminer la nécessité de fermer/ouvrir la porte de l'ouverture, ce qui empêche l'équipement de « s'éteindre » lorsque la lumière solaire focalisée le frappe ; des capteurs magnétiques qui orientent le vaisseau spatial par rapport au champ magnétique terrestre ;

un système de gyroscopes qui suivent le mouvement du télescope ; et un détecteur électro-optique qui surveille la position du télescope par rapport à l'étoile sélectionnée.

Tout cela offre non seulement la possibilité de contrôler le télescope et de « viser » l'objet spatial souhaité, mais évite également la panne d'équipements précieux qui ne peuvent pas être rapidement remplacés par des équipements fonctionnels.

Les données de l'équipe de recherche au sol sont transmises au Goddard Space Flight Center, puis au Space Telescope Science Institute, où un groupe de spécialistes traite les données et les enregistre sur un support magnéto-optique. Chaque semaine, le télescope renvoie à la Terre suffisamment d'informations pour remplir plus de vingt DVD, et l'accès à cette énorme quantité d'informations précieuses est ouvert à tous. La majeure partie des données est stockée au format numérique FITS, très pratique pour l'analyse, mais extrêmement impropre à la publication dans les médias. C'est pourquoi les images les plus intéressantes pour le grand public sont publiées dans les formats d'images les plus courants : TIFF et JPEG. Ainsi, le télescope Hubble est devenu non seulement un instrument scientifique unique, mais aussi l'une des rares occasions permettant à quiconque d'observer la beauté du Cosmos - un professionnel, un amateur et même une personne peu familiarisée avec l'astronomie. Malheureusement, il faut dire que l'accès au télescope pour les astronomes amateurs est désormais fermé en raison d'une diminution du financement du projet.

Télescope orbital Hubble

Le passé du télescope Hubble n'est pas moins intéressant que son présent. L'idée de créer une telle installation est venue pour la première fois en 1923 avec Hermann Oberth, le fondateur des fusées allemandes. C'est lui qui a parlé pour la première fois de la possibilité de placer un télescope en orbite terrestre basse à l'aide d'une fusée, même si les fusées elles-mêmes n'existaient pas encore.

Cette idée a été développée en 1946 dans ses publications sur la nécessité de créer un observatoire spatial par l'astrophysicien américain Lyman Spitzer. Il a prédit la possibilité d'obtenir des photographies uniques, tout simplement impossibles à prendre sur le terrain. Au cours des cinquante années suivantes, l'astrophysicien a activement promu cette idée jusqu'au début de son application réelle.

En 1974, il a été proposé de fabriquer des instruments interchangeables avec une résolution de 0,1 seconde d'arc et fonctionnant dans des longueurs d'onde allant de l'ultraviolet au visible et à l'infrarouge. La navette était censée mettre le télescope en orbite et le ramener sur Terre pour un entretien et des réparations également possibles dans l'espace.

En 1975, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) ont commencé à travailler sur le télescope Hubble. En 1977, le Congrès a approuvé le financement du télescope.

Après cette décision, une liste d'instruments scientifiques pour le télescope a commencé à être dressée et cinq lauréats du concours pour la création d'équipements ont été sélectionnés.

Il y avait énormément de travail à faire. Ils ont décidé de nommer le télescope en l'honneur de l'astronome qui a montré que les petits « débris » visibles à travers le télescope sont des galaxies lointaines et ont prouvé que l'Univers est en expansion.

Après divers retards, le lancement était prévu pour octobre 1986, mais le 28 janvier 1986, la navette spatiale Challenger explosait une minute après le décollage. Les tests des navettes se sont poursuivis pendant plus de deux ans, ce qui signifie que la mise en orbite du télescope Hubble a été reportée de quatre ans. Pendant ce temps, le télescope a été amélioré et le 24 avril 1990, l'appareil unique s'est mis en orbite.

Lancement de la navette avec le télescope Hubble à son bord

En décembre 1993, la navette spatiale Endeavour, avec un équipage de sept personnes, a été mise en orbite pour effectuer la maintenance du télescope. Deux caméras ont été remplacées, ainsi que des panneaux solaires. En 1994, les premières photographies ont été prises avec le télescope, dont la qualité a choqué les astronomes. Hubble s'est complètement justifié.

L'entretien, la modernisation et le remplacement des caméras, des panneaux solaires, l'inspection des revêtements de protection thermique et l'entretien ont été réalisés à trois reprises : en 1997, 1999 et 2002.

Mise à niveau du télescope Hubble, 2002
Aujourd'hui, le télescope fonctionne normalement, transmettant 120 Go d'informations par semaine. Le successeur de Hubble, le télescope spatial Webb, est également en cours de développement et permettra d'explorer les objets à fort redshift dans l'Univers primitif. Il se fera à une altitude de 1,5 million de kilomètres, le lancement est prévu pour 2013.

Bien entendu, Hubble ne dure pas éternellement. La prochaine réparation est prévue pour 2008, mais le télescope s'use progressivement et devient inutilisable.

Cela se produira vers 2013. Lorsque cela se produit, le télescope restera en orbite jusqu’à ce qu’il se dégrade. Ensuite, dans une spirale, Hubble commencera à tomber sur Terre et suivra la station Mir, ou sera livré en toute sécurité sur Terre et deviendra une exposition de musée avec une histoire unique. Mais l'héritage du télescope Hubble : ses découvertes, son exemple de travail presque parfait et ses photographies connues de tous - restera.

Nous pouvons être sûrs que ses réalisations continueront à contribuer à percer les mystères de l’Univers pendant encore longtemps, comme un triomphe de la vie incroyablement riche du télescope Hubble.

Fin septembre 2008 au télescope qui porte son nom. L'unité Hubble chargée de transmettre les informations vers la Terre est tombée en panne. La mission de réparation du télescope a été reportée à février 2009.
Caractéristiques techniques du télescope nommé d'après. Hubble :
Lancement : 24 avril 1990 12h33 TU
Dimensions : 13,1 x 4,3 m
Poids : 11 110 kg
Conception optique : Ritchie-Chrétien
Vignettage : 14%
Champ de vision : 18" (à des fins scientifiques), 28" (pour le guidage)
Résolution angulaire : 0,1" à 632,8 nm
Plage spectrale : 115 nm - 1 mm
Précision de stabilisation : 0,007" en 24 heures
Orbite de conception du vaisseau spatial : altitude - 693 km, inclinaison - 28,5°
Période orbitale autour de Zesli : entre 96 et 97 minutes
Durée de fonctionnement prévue : 20 ans (avec maintenance)
Coût du télescope et du vaisseau spatial : 1,5 milliard de dollars (en dollars de 1989)
Miroir principal : Diamètre 2400 mm ; Rayon de courbure 11 040 mm ; Carré d'excentricité 1.0022985

Depuis le début des travaux, toute une génération de personnes ont grandi et tiennent Hubble pour acquis. Il est donc facile d'oublier à quel point cet appareil était révolutionnaire. Pour le moment, cela fonctionne toujours, cela durera peut-être encore cinq ans. Le télescope transmet environ 120 gigaoctets de données scientifiques par semaine ; au cours de son fonctionnement, les images ont accumulé plus de 10 000 articles scientifiques.

Le successeur de Hubble sera le télescope spatial James Webb. Le projet de ce dernier a connu d'importants dépassements de budget et de non-respect des délais depuis plus de 5 ans. Avec Hubble, tout s'est passé exactement de la même manière, voire pire - les problèmes de financement et le désastre de Challenger, puis de Columbia, se sont superposés. En 1972, on estimait que le programme coûterait 300 millions de dollars (en tenant compte de l'inflation, cela représente environ 590 millions). Au moment où le télescope a finalement atteint la rampe de lancement, le prix avait été multiplié par plusieurs pour atteindre environ 2,5 milliards de dollars. En 2006, on estimait que Hubble coûtait 9 milliards (10,75 milliards avec l'inflation), plus cinq vols de navette spatiale pour l'entretien et les réparations, chaque lancement coûtant environ 500 millions.

La partie principale du télescope est un miroir d'un diamètre de 2,4 mètres. En général, un télescope avec un diamètre de miroir de 3 mètres était prévu et ils voulaient le lancer en 1979. Mais en 1974, le programme a été supprimé du budget et ce n'est que grâce au lobbying que les astronomes ont réussi à recevoir un montant deux fois moins élevé que celui initialement demandé. Nous avons donc dû freiner nos ardeurs et réduire la portée du futur projet.

Optiquement, Hubble est une implémentation du système Ritchie-Chrétien à deux miroirs, courant parmi les télescopes scientifiques. Il permet d'obtenir un bon angle de vision et une excellente qualité d'image, mais les miroirs ont une forme difficile à fabriquer et à tester. Les systèmes optiques et le miroir doivent être fabriqués selon des tolérances minimales. Les miroirs des télescopes conventionnels sont polis selon une tolérance d’environ un dixième de la longueur d’onde de la lumière visible, mais Hubble devait observer la lumière ultraviolette de longueur d’onde plus courte. Par conséquent, le miroir a été poli selon une tolérance de 10 nanomètres, soit 1/65ème de la longueur d’onde de la lumière rouge. À propos, les miroirs sont chauffés à une température de 15 degrés, ce qui limite les performances dans la plage infrarouge - une autre limite du spectre visible.

Un miroir a été fabriqué par Kodak, l'autre par Itek Corporation. Le premier est situé au Musée national de l’air et de l’espace, le second est utilisé à l’observatoire de Magdalena Ridge. Il s'agissait de miroirs de rechange, et ce qui se trouve dans le Hubble a été produit par la société Perkin-Elmer à l'aide de machines CNC sophistiquées, ce qui a entraîné un nouveau non-respect des délais. Les travaux de polissage du flan de Corning (le même que celui qui fabrique Gorilla Glass) n'ont commencé qu'en 1979. Les conditions de microgravité ont été simulées en plaçant un miroir sur 130 tiges dont la force d'appui variait. Le processus s'est poursuivi jusqu'en mai 1981. Le verre a été lavé avec 9 100 litres d'eau chaude déminéralisée et deux couches ont été appliquées : une couche d'aluminium réfléchissante de 65 nanomètres et une couche protectrice de fluorure de magnésium de 25 nanomètres.

Et les dates de lancement ont continué à être repoussées : d'abord à octobre 1984, puis à avril 1985, à mars 1986, jusqu'à septembre. Chaque trimestre de travail de Perkin-Elmer entraînait un décalage d'un mois des délais et, à certains moments, chaque journée de travail retardait le lancement d'un jour. Les horaires de travail de l'entreprise ne satisfaisaient pas la NASA car ils étaient vagues et incertains. Le coût du projet a déjà augmenté à 1,175 millions de dollars.

Le corps de l'engin était un autre casse-tête ; il devait être capable de résister à la fois à la lumière directe du soleil et à l'obscurité de l'ombre de la Terre. Et ces hausses de température menaçaient les systèmes précis d’un télescope scientifique. Les murs de Hubble sont constitués de plusieurs couches d’isolation thermique entourées d’une coque légère en aluminium. À l’intérieur, l’équipement est logé dans un cadre en graphite-époxy. Pour éviter l'absorption d'eau par les composés de graphite hygroscopiques et la glace pénétrant dans les appareils, de l'azote a été pompé à l'intérieur avant le lancement. Bien que la production du vaisseau spatial ait été beaucoup plus stable que les systèmes optiques du télescope, des problèmes d'organisation se posaient également ici. À l'été 1985, Lockheed Corporation, qui travaillait sur l'appareil, avait dépassé de 30 % son budget et trois mois de retard.

Hubble disposait de cinq instruments scientifiques au lancement, qui ont tous été remplacés par la suite lors de la maintenance en orbite. Les caméras grand angle et planétaires ont effectué des observations optiques. L'instrument disposait de 48 filtres de raies spectrales pour isoler des éléments spécifiques. Huit CCD ont été répartis entre deux caméras, quatre pour chacune. Chaque matrice avait une résolution de 0,64 mégapixels. La caméra grand angle avait un champ de vision plus large, tandis que la caméra planétaire avait une distance focale plus longue et offrait donc un plus grand grossissement.

Le spectrographe haute résolution du Goddard Space Flight Center fonctionnait dans la gamme ultraviolette. La caméra pour objets faibles développée par l'Agence spatiale européenne et le spectrographe d'objets faibles de l'Université de Californie et de Martin Marietta Corporation ont également été observés dans l'UV. L'Université du Wisconsin-Madison a créé un photomètre à grande vitesse pour observer la lumière visible et la lumière ultraviolette des étoiles et d'autres objets astronomiques dont la luminosité varie. Il pourrait effectuer jusqu'à 100 000 mesures par seconde avec une précision photométrique de 2 % ou mieux. Enfin, les capteurs de pointage des télescopes pourraient être utilisés comme instrument scientifique et permettre une astrométrie très précise.

Sur Terre, les recherches sur Hubble sont gérées par le Space Telescope Research Institute, spécialement créé en 1981. Sa formation ne s'est pas faite sans combat : la NASA voulait contrôler l'appareil elle-même, mais la communauté scientifique n'était pas d'accord.

L'orbite de Hubble a été choisie pour que le télescope puisse être approché et effectué sa maintenance. Les observations en demi-orbite sont gênées par la Terre, le Soleil et la Lune ne devraient pas gêner, et le processus scientifique est également entravé par l'anomalie magnétique brésilienne, lors du survol de laquelle le niveau de rayonnement augmente fortement. Hubble est situé à une altitude de 569 kilomètres, l'inclinaison de son orbite est de 28,5°. En raison de la présence de la haute atmosphère, la position du télescope peut changer de manière imprévisible, ce qui rend impossible une prévision précise de la position sur de longues périodes de temps. L'horaire de travail n'est généralement approuvé que quelques jours avant le début, car il n'est pas clair si l'objet souhaité pourra être observé à ce moment-là.

Au début de 1986, un lancement en octobre commença à se profiler, mais la catastrophe du Challenger repoussa toute la chronologie. La navette spatiale – semblable à celle qui était censée transporter en orbite un télescope unique d’un milliard de dollars – a explosé dans un ciel sans nuages ​​après 73 secondes de vol, tuant sept personnes. Jusqu'en 1988, toute la flotte de navettes était immobilisée le temps d'une enquête sur l'incident. D'ailleurs, l'attente était également coûteuse : Hubble était conservé dans une salle blanche, inondée d'azote. Chaque mois coûte environ 6 millions de dollars. Aucun temps n'a été perdu : la batterie peu fiable de l'appareil a été remplacée et plusieurs autres améliorations ont été apportées. En 1986, il n’existait aucun logiciel pour les systèmes de contrôle au sol et le logiciel était à peine prêt à être lancé en 1990.

Le 24 avril 1990, il y a 25 ans, le télescope a finalement été lancé en orbite plusieurs fois au-delà du budget prévu. Mais ce n’était que le début des difficultés.

STS-31, le télescope quitte la soute de la navette Discovery

En quelques semaines, il est devenu évident que le système optique présentait un grave défaut. Oui, les premières images étaient plus claires que celles des télescopes au sol, mais Hubble n'a pas pu atteindre les caractéristiques déclarées. Les sources ponctuelles apparaissaient sous la forme de cercles de 1 seconde d'arc au lieu d'un cercle de 0,1 seconde d'arc. Il s'est avéré que la NASA ne s'inquiétait pas en vain de la compétence de Perkin-Elmer: le miroir présentait une déviation de forme sur les bords d'environ 2 200 nanomètres. Le défaut était catastrophique car il entraînait une grave aberration sphérique, ce qui signifie que la lumière réfléchie par les bords du miroir était focalisée sur un point différent de celui sur lequel la lumière réfléchie depuis le centre était focalisée. De ce fait, la spectroscopie n’a pas été grandement affectée, mais l’observation d’objets sombres s’est avérée difficile, ce qui a mis fin à la plupart des programmes cosmologiques.

Bien qu'il ait produit certaines observations rendues possibles par des techniques d'imagerie sophistiquées sur Terre, Hubble a été considéré comme un projet raté et la réputation de la NASA a été sérieusement ternie. Ils ont commencé à plaisanter sur le télescope, par exemple, dans le film "The Naked Gun 2½: The Smell of Fear", le vaisseau spatial est comparé au Titanic, à la voiture Edsel en panne et à la chute de dirigeable la plus célèbre - l'accident d'Hindenburg.

Une photographie en noir et blanc d'un télescope est présente dans l'un des tableaux

On pense que la cause du défaut était une erreur lors de l’installation du correcteur nul principal, un dispositif qui permet d’atteindre le paramètre de courbure de surface souhaité. L'une des lentilles de l'appareil a été décalée de 1,3 millimètres. Au cours des travaux, Perkin-Elmer a analysé la surface à l'aide de deux correcteurs nuls, puis a utilisé un correcteur nul spécial conçu pour des tolérances très serrées pour l'étape finale. En conséquence, le miroir s'est avéré très précis, mais il avait une forme incorrecte. L'erreur a été découverte plus tard : deux correcteurs nuls conventionnels ont indiqué la présence d'aberrations sphériques, mais l'entreprise a choisi d'ignorer leurs mesures. Perkin-Elmer et la NASA ont commencé à mettre les choses au clair. L'agence spatiale américaine a estimé que l'entreprise ne surveillait pas correctement le processus de fabrication et n'avait pas fait appel à ses meilleurs travailleurs dans le processus de fabrication et de contrôle qualité. Cependant, il était clair qu’une partie de la faute revenait à la NASA.

La bonne nouvelle était que le télescope avait été conçu pour nécessiter un entretien – le premier en 1993 – et des recherches ont donc commencé pour trouver une solution au problème. Il y avait un miroir de secours de Kodak sur Terre, mais il était impossible de le changer en orbite, et abaisser l'appareil sur la navette aurait été trop coûteux et trop long. Le miroir a été fabriqué avec précision, mais sa forme n'était pas correcte. Il a donc été proposé d'ajouter de nouveaux composants optiques pour compenser l'erreur. En analysant les sources lumineuses ponctuelles, il a été déterminé que la constante conique du miroir était de −1,01390 ± 0,0002 au lieu de la valeur requise de −1,00230. Le même chiffre a été obtenu en traitant les données d’erreur du correcteur nul Perkin-Elmer et en analysant les interférogrammes de test.

Une correction d'erreur a été ajoutée aux matrices CCD de la deuxième version des caméras grand angle et planétaire, mais cela était impossible pour d'autres instruments. Ils avaient besoin d’un autre dispositif de correction optique externe, appelé Remplacement axial du télescope spatial à optique corrective (COSTAR). En gros, des lunettes ont été fabriquées pour le télescope. Il n'y avait pas assez de place pour COSTAR, le photomètre à grande vitesse a donc dû être abandonné.

Le premier vol de maintenance a été effectué en décembre 1993. La première mission était la plus importante. Il y en avait cinq au total, à chaque fois la navette spatiale s'approchait du télescope, puis les instruments et les appareils défaillants étaient remplacés à l'aide d'un manipulateur. Plusieurs sorties dans l'espace ont été effectuées pendant une ou deux semaines, puis l'orbite du télescope a été ajustée - elle a été constamment abaissée en raison de l'influence des couches supérieures de l'atmosphère. De cette manière, il a été possible de moderniser l'équipement du Hubble vieillissant.

La première opération de maintenance a été réalisée depuis Inedeavour et a duré 10 jours. Le photomètre à grande vitesse a été remplacé par des optiques de correction COSTAR, et la première version des caméras grand angle et planétaire a été remplacée par la seconde. Les panneaux solaires et leur électronique, quatre gyroscopes pour le système de guidage du télescope, deux magnétomètres, des ordinateurs de bord et divers systèmes électriques ont été remplacés. Le vol a été considéré comme réussi.

Photo de la galaxie M 100 avant et après installation des systèmes de correction

La deuxième opération de maintenance a été réalisée en février 1997 à partir de la navette Discovery. Un spectrographe à haute résolution et un spectrographe d'objet faible ont été retirés du télescope. Ils ont été remplacés par le STIS (Space Telescope Recording Spectrograph) et le NICMOS (Near-Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer). NICMOS a été refroidi avec de l'azote liquide pour réduire le bruit, mais en raison d'une expansion inattendue des pièces et de l'augmentation des taux de chauffage, la durée de vie est passée de 4,5 ans à 2 ans. Le lecteur de données Hubble était à l'origine un lecteur de bande, mais a été remplacé par un solide. -indiquez-en un. L’isolation thermique de l’appareil a également été améliorée.

Il y a eu cinq vols de service, mais ils sont comptés dans l'ordre 1, 2, 3A, 3B et 4, et malgré la similitude des noms, 3A et 3B n'ont pas été effectués dans l'ordre immédiat comme on pouvait s'y attendre. Le troisième vol a eu lieu en décembre 1999 à bord de la navette Discovery et a été provoqué par la panne de quatre des six gyroscopes du télescope. Les six gyroscopes, les capteurs de guidage et l'ordinateur de bord ont été remplacés - il s'agissait désormais d'un processeur Intel 80486 avec une fréquence de 25 MHz. Auparavant, Hubble utilisait un DF-224 avec un processeur principal de 1,25 MHz et deux processeurs de sauvegarde identiques, un lecteur de fil magnétique de six banques avec 8 000 mots de 24 bits, et quatre banques pouvaient fonctionner simultanément.

Cette photo a été prise lors de la troisième maintenance a fait Scott Kelly. Aujourd'hui, il se trouve à bord de l'ISS dans le cadre d'une expérience visant à étudier les effets biologiques des vols spatiaux à long terme sur le corps humain.

Le quatrième (ou 3B) vol a été effectué sur Columbia en mars 2002. Le dernier appareil d'origine, la caméra à objets sombres, a été remplacé par une caméra d'ensemble améliorée. Lors du deuxième remplacement des panneaux solaires, les nouveaux panneaux étaient 30 % plus puissants. Le NICMOS a pu continuer à fonctionner grâce à l'installation d'un cryo-refroidissement expérimental.

À partir de ce moment-là, tous les instruments Hubble disposaient d’une correction d’erreur de miroir et COSTAR n’était plus nécessaire. Mais il n'a été retiré que lors du dernier vol de maintenance, qui a eu lieu après la catastrophe de Columbia. Lors du vol ultérieur de Hubble, la navette s'est effondrée à son retour sur Terre, en raison d'une violation de la couche de protection thermique. La mort de sept personnes a repoussé sine die la date initiale de février 2005. Le fait est que désormais tous les vols des navettes devaient être effectués sur une orbite leur permettant d'atteindre la Station spatiale internationale en cas de problèmes imprévus. Mais pas une seule navette n'a pu atteindre à la fois l'orbite de Hubble et l'ISS en un seul vol - il n'y avait pas assez de carburant. Le lancement du télescope James Webb n'était prévu qu'en 2018, laissant un vide après la fin de Hubble. De nombreux astronomes ont eu l’idée que la dernière maintenance vaut le risque de vies humaines.

Sous la pression du Congrès, l'administration de la NASA a annoncé en janvier 2004 que la décision d'annulation serait reconsidérée. En août, le Goddard Space Flight Center a commencé à préparer des propositions pour un vol entièrement télécommandé, mais les plans ont ensuite été annulés après avoir été jugés irréalisables. En avril 2005, le nouvel administrateur de la NASA, Michael Griffin, a autorisé la possibilité d'un vol habité vers Hubble. En octobre 2006, les intentions furent finalement confirmées et le vol de 11 jours fut programmé pour septembre 2008.

Le vol a ensuite été reporté à mai 2009. Les réparations du STIS et de la caméra de surveillance avancée d'Atlantis ont été achevées. Deux nouvelles batteries nickel-hydrogène ont été installées sur Hubble et les capteurs de guidage et autres systèmes ont été remplacés. Au lieu de COSTAR, un spectrographe ultraviolet a été installé sur le télescope et un système a été ajouté pour la capture et l'élimination futures du télescope, soit par lancement habité, soit entièrement automatique. La deuxième version de la caméra grand angle a été remplacée par la troisième. Grâce à tout le travail effectué, le télescope.

Le télescope a permis de clarifier la constante de Hubble, de confirmer l'hypothèse de l'isotropie de l'Univers, de découvrir le satellite de Neptune et de faire de nombreuses autres recherches scientifiques. Mais pour le citoyen moyen, Hubble est avant tout important pour son grand nombre de photographies colorées. Certaines publications techniques pensent que ces couleurs n’existent pas réellement, mais ce n’est pas tout à fait vrai. La couleur est une représentation dans le cerveau humain et les images sont colorées en analysant le rayonnement de différentes longueurs d'onde. Un électron, passant du deuxième au troisième niveau de la structure de l'atome d'hydrogène, émet une lumière d'une longueur d'onde de 656 nanomètres, et nous l'appelons rouge. Nos yeux s’adaptent à différentes luminosités, il n’est donc pas toujours possible de créer un reflet précis des couleurs. Certains télescopes peuvent enregistrer des spectres de rayonnement ultraviolet ou infrarouge invisibles à l'œil humain, et leurs données doivent également être reflétées d'une manière ou d'une autre dans des photographies.

L'astronomie utilise le format FITS, Flexible Image Transport System. Dans celui-ci, toutes les données sont présentées sous forme de texte, c'est une sorte d'analogue du format RAW. Pour obtenir quelque chose, vous devez le traiter. Par exemple, les yeux perçoivent la lumière sur une échelle logarithmique, mais un fichier peut la représenter sur une échelle linéaire. Sans régler la luminosité, l'image peut paraître trop sombre.

Avant et après correction du contraste et de la luminosité

La plupart des appareils photo disponibles dans le commerce comportent des groupes de pixels qui capturent le rouge, le vert ou le bleu, et la combinaison de ces pixels produit une photographie couleur. Les cônes de l’œil humain perçoivent les couleurs de la même manière. L'inconvénient de cette approche est que chaque type de capteur ne détecte qu'une fraction étroite de la lumière, de sorte que les équipements astronomiques détectent de larges plages de longueurs d'onde et que des filtres sont utilisés pour mettre en évidence les couleurs. En conséquence, les données brutes en astronomie sont souvent en noir et blanc.

Hubble a capturé M 57 à 658 nm (rouge), 503 nm (vert) et 469 nm (bleu), commence par un bang !

Ensuite, à l’aide de filtres, des images couleur sont obtenues. En connaissant le processus, il est possible de créer une image qui correspond le plus possible à la réalité, même si souvent les couleurs ne sont pas entièrement réelles, parfois cela est fait intentionnellement. C’est ce qu’on appelle « l’effet National Geographic ». À la fin des années 70, le programme Voyager a survolé Jupiter et, pour la première fois de l'histoire, a pris des photos de cette planète. Des magazines comme National Geographic consacraient des pages entières à des photographies époustouflantes, manipulées avec divers effets de couleurs, et ce qui était publié n'était pas tout à fait fidèle à la réalité.

La photographie la plus célèbre prise par le télescope Hubble est celle des « Piliers de la Création » prise le 1er avril 1995. Il a enregistré la naissance de nouvelles étoiles dans la nébuleuse de l'Aigle et la lumière de jeunes étoiles à proximité de nuages ​​de gaz et de poussière. Les objets photographiés sont situés à 7 000 années-lumière de la Terre. La structure de gauche mesure environ 4 années-lumière. Les saillies sur les « piliers » sont plus grandes que notre système solaire. La couleur verte de la photographie est responsable de l'hydrogène, le rouge du soufre simplement ionisé et le bleu de l'oxygène doublement ionisé.

Pourquoi elle et de nombreuses autres photographies de Hubble sont-elles disposées sur une « échelle » ? Cela est dû à la configuration de la deuxième version des caméras grand angle et planétaire. Ils ont ensuite été remplacés et sont aujourd'hui exposés au Musée national de l'air et de l'espace.

Pour marquer le 25e anniversaire du télescope, une photographie prise en 2014 et publiée en janvier de cette année a été reprise. Il a été produit par la troisième version de la caméra grand angle, ce qui permet de comparer la qualité de l'équipement.

Voici quelques-unes des photographies les plus célèbres du télescope Hubble. À mesure que leur qualité augmente, il est facile de remarquer des vols de maintenance.

1990, supernova 1987A

1991, Galaxie M 59

1992, Nébuleuse d'Orion

1993, Nébuleuse du Voile

1994, Galaxy M100

1996, Champ profond de Hubble. Presque tous les 3 000 objets sont des galaxies et environ 1/28 000 000 de la sphère céleste a été capturée.

1997, "signature" du trou noir M 84

Hubble vu depuis la navette spatiale Atlantis STS-125

Télescope spatial Hubble ( KTH; Télescope spatial Hubble, TVH; code d'observatoire "250") - en orbite autour de , du nom d'Edwin Hubble. Le télescope Hubble est un projet conjoint entre la NASA et l'Agence spatiale européenne ; c'est l'un des grands observatoires de la NASA.

Placer un télescope dans l'espace permet de détecter le rayonnement électromagnétique dans des plages dans lesquelles l'atmosphère terrestre est opaque ; principalement dans le domaine infrarouge. En raison de l'absence d'influence atmosphérique, la résolution du télescope est 7 à 10 fois supérieure à celle d'un télescope similaire situé sur Terre.

Histoire

Contexte, concepts, premiers projets

La première mention du concept de télescope orbital apparaît dans le livre « Rocket in Interplanetary Space » d'Hermann Oberth ( Die Rakete zu den Planetenraumen ), publié en 1923.

En 1946, l'astrophysicien américain Lyman Spitzer publie l'article « Les avantages astronomiques d'un observatoire extraterrestre » ( Avantages astronomiques d'un observatoire extraterrestre ). L’article met en évidence deux avantages principaux d’un tel télescope. Premièrement, sa résolution angulaire sera limitée uniquement par la diffraction, et non par les écoulements turbulents dans l'atmosphère ; à cette époque, la résolution des télescopes au sol était de 0,5 à 1,0 seconde d'arc, tandis que la limite théorique de résolution de diffraction pour un télescope en orbite avec un miroir de 2,5 mètres est d'environ 0,1 seconde. Deuxièmement, le télescope spatial pourrait observer dans les domaines infrarouge et ultraviolet, dans lesquels l'absorption du rayonnement par l'atmosphère terrestre est très importante.

Spitzer a consacré une partie importante de sa carrière scientifique à l'avancement du projet. En 1962, un rapport publié par l'Académie nationale des sciences des États-Unis recommandait que le développement d'un télescope en orbite soit inclus dans le programme spatial et, en 1965, Spitzer fut nommé chef d'un comité chargé de définir les objectifs scientifiques d'un grand télescope spatial.

L'astronomie spatiale a commencé à se développer après la fin de la Seconde Guerre mondiale. En 1946, le spectre ultraviolet a été obtenu pour la première fois. Un télescope orbital pour la recherche solaire a été lancé par le Royaume-Uni en 1962 dans le cadre du programme Ariel, et en 1966, la NASA a lancé le premier observatoire orbital OAO-1 dans l'espace. La mission a échoué en raison d'une panne de batterie trois jours après le lancement. En 1968, OAO-2 a été lancé, qui a permis d'observer le rayonnement ultraviolet jusqu'en 1972, dépassant largement sa durée de vie nominale d'un an.

Les missions OAO ont clairement démontré le rôle que les télescopes en orbite pouvaient jouer et, en 1968, la NASA a approuvé un projet de construction d'un télescope réfléchissant doté d'un miroir de 3 m de diamètre. Le projet portait le nom de code LST (. Grand télescope spatial). Le lancement était prévu pour 1972. Le programme a souligné la nécessité d'expéditions régulières pour entretenir le télescope afin d'assurer le fonctionnement à long terme de cet instrument coûteux. Le programme de la navette spatiale, qui se développait parallèlement, laissait espérer des opportunités correspondantes.

La lutte pour financer le projet

En raison du succès du programme JSC, il existe un consensus au sein de la communauté astronomique selon lequel la construction d'un grand télescope en orbite devrait être une priorité. En 1970, la NASA a créé deux comités, l'un pour étudier et planifier les aspects techniques, le second pour développer un programme de recherche scientifique. Le prochain obstacle majeur était le financement du projet, dont les coûts devaient dépasser ceux de n'importe quel télescope au sol. Le Congrès américain a remis en question bon nombre des estimations proposées et a réduit considérablement les crédits, qui impliquaient initialement des recherches à grande échelle sur les instruments et la conception de l'observatoire. En 1974, dans le cadre d’un programme de coupes budgétaires lancé par le président Ford, le Congrès annula complètement le financement du projet.

En réponse, les astronomes ont lancé une vaste campagne de lobbying. De nombreux astronomes ont rencontré personnellement des sénateurs et des membres du Congrès, et plusieurs envois massifs de lettres ont également été effectués pour soutenir le projet. L'Académie nationale des sciences a publié un rapport soulignant l'importance de construire un grand télescope en orbite et, en conséquence, le Sénat a accepté d'allouer la moitié du budget initialement approuvé par le Congrès.

Des problèmes financiers ont conduit à des réductions, notamment la décision de réduire le diamètre du miroir de 3 à 2,4 mètres pour réduire les coûts et obtenir un design plus compact. Le projet d'un télescope doté d'un miroir d'un mètre et demi, censé être lancé dans le but de tester et de tester les systèmes, a également été annulé et il a été décidé de coopérer avec l'Agence spatiale européenne. L'ESA a accepté de participer au financement et de fournir un certain nombre d'instruments pour l'observatoire, en échange que les astronomes européens réservent au moins 15 % du temps d'observation. En 1978, le Congrès a approuvé un financement de 36 millions de dollars et les travaux de conception à grande échelle ont commencé immédiatement après. La date de lancement était prévue pour 1983. Au début des années 1980, le télescope reçut le nom d'Edwin Hubble.

Organisation de la conception et de la construction

Le travail de création du télescope spatial a été réparti entre de nombreuses entreprises et institutions. Le Marshall Space Center était responsable du développement, de la conception et de la construction du télescope, le Goddard Space Flight Center était responsable de la gestion globale du développement des instruments scientifiques et a été choisi comme centre de contrôle au sol. Le Marshall Center a engagé Perkin-Elmer pour concevoir et fabriquer le système optique du télescope ( Assemblage de télescope optique - OTA) et des capteurs de guidage de précision. Lockheed Corporation a reçu le contrat de construction du télescope.

Fabrication du système optique

Polissage du miroir primaire du télescope, Laboratoire Perkin-Elmer, mai 1979

Le miroir et le système optique dans son ensemble constituaient les éléments les plus importants de la conception du télescope et des exigences particulièrement strictes leur étaient imposées. Généralement, les miroirs des télescopes sont fabriqués avec une tolérance d'environ un dixième de la longueur d'onde de la lumière visible, mais comme le télescope spatial était destiné à observer de l'ultraviolet au proche infrarouge, et que la résolution devait être dix fois supérieure à celle du sol. instruments basés sur la technologie, la tolérance de fabrication de son miroir principal était fixée à 1/20 de la longueur d'onde de la lumière visible, soit environ 30 nm.

La société Perkin-Elmer avait l'intention d'utiliser de nouvelles machines à commande numérique pour produire un miroir d'une forme donnée. Kodak a été engagé pour fabriquer un miroir de remplacement en utilisant des méthodes de polissage traditionnelles en cas de problèmes imprévus avec des technologies non éprouvées (le miroir fabriqué par Kodak est actuellement exposé au musée de la Smithsonian Institution). Les travaux sur le miroir principal ont commencé en 1979, en utilisant du verre à très faible coefficient de dilatation thermique. Pour réduire le poids, le miroir se composait de deux surfaces - inférieure et supérieure, reliées par une structure en treillis en nid d'abeille.

Miroir de secours du télescope, Smithsonian Air and Space Museum, Washington DC

Les travaux de polissage du miroir se sont poursuivis jusqu'en mai 1981, mais les délais initiaux n'ont pas été respectés et le budget a été largement dépassé. Les rapports de la NASA de l'époque exprimaient des doutes quant à la compétence de la direction de Perkin-Elmer et à sa capacité à mener à bien un projet d'une telle importance et d'une telle complexité. Pour économiser de l'argent, la NASA a annulé la commande du miroir de sauvegarde et a déplacé la date de lancement à octobre 1984. Les travaux furent finalement achevés fin 1981, après application d'une couche réfléchissante d'aluminium de 75 nm d'épaisseur et d'une couche protectrice de fluorure de magnésium de 25 nm d'épaisseur.

Malgré cela, des doutes sur la compétence de Perkin-Elmer subsistaient car la date d'achèvement des composants restants du système optique était constamment repoussée et le budget du projet augmentait. La NASA a décrit le calendrier de l'entreprise comme « incertain et changeant quotidiennement » et a retardé le lancement du télescope jusqu'en avril 1985. Cependant, les délais ont continué à être respectés, le retard a augmenté en moyenne d'un mois chaque trimestre et, au stade final, il a augmenté d'un jour chaque jour. La NASA a été contrainte de reporter le lancement à deux reprises, d'abord en mars puis en septembre 1986. À cette époque, le budget total du projet atteignait 1,175 milliard de dollars.

Vaisseau spatial

Les premières étapes des travaux sur le vaisseau spatial, 1980

Un autre problème technique difficile était la création d'un appareil porteur pour le télescope et d'autres instruments. Les principales exigences étaient la protection de l'équipement contre les changements constants de température lors du chauffage par la lumière directe du soleil et du refroidissement à l'ombre de la Terre, ainsi qu'une orientation particulièrement précise du télescope. Le télescope est monté à l’intérieur d’une capsule légère en aluminium recouverte d’une isolation thermique multicouche garantissant une température stable. La rigidité de la capsule et la fixation des appareils sont assurées par un cadre spatial interne en fibre de carbone.

Bien que le vaisseau spatial ait eu plus de succès que le système optique, Lockheed a également pris un certain retard et dépassé son budget. En mai 1985, les dépassements de coûts s'élevaient à environ 30 % du volume initial et le retard par rapport au plan était de 3 mois. Un rapport préparé par le Marshall Space Center a noté que l'entreprise n'avait pas fait preuve d'initiative dans la réalisation des travaux, préférant s'appuyer sur les instructions de la NASA.

Coordination de la recherche et contrôle des vols

En 1983, après une confrontation entre la NASA et la communauté scientifique, le Space Telescope Science Institute a été créé. L'institut est géré par l'Association des Universités pour la Recherche Astronomique ( Association des universités pour la recherche en astronomie ) (AURA) et est situé sur le campus de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland. L'Université Hopkins est l'une des 32 universités américaines et institutions étrangères membres de l'association. Le Space Telescope Science Institute est chargé d'organiser le travail scientifique et de fournir aux astronomes l'accès aux données obtenues ; La NASA souhaitait garder ces fonctions sous son contrôle, mais les scientifiques préféraient les transférer aux institutions universitaires.

Le Centre européen de coordination des télescopes spatiaux a été fondé en 1984 à Garching, en Allemagne, pour fournir des installations similaires aux astronomes européens.

Le contrôle du vol a été confié au Goddard Space Flight Center, situé à Greenbelt, dans le Maryland, à 48 kilomètres du Space Telescope Science Institute. Le fonctionnement du télescope est surveillé 24 heures sur 24 par quatre groupes de spécialistes. Le support technique est fourni par la NASA et les entreprises contractantes via le Goddard Center.

Lancement et mise en route

Lancement de la navette Discovery avec à son bord le télescope Hubble

Le lancement du télescope était initialement prévu pour octobre 1986, mais le 28 janvier, le programme de la navette spatiale a été suspendu pour plusieurs années et le lancement a dû être reporté.

Pendant tout ce temps, le télescope était stocké dans une pièce à l'atmosphère artificiellement purifiée, ses systèmes embarqués étaient partiellement allumés. Les coûts de stockage s'élevaient à environ 6 millions de dollars par mois, ce qui a encore augmenté le coût du projet.

Le retard forcé a permis de nombreuses améliorations : les panneaux solaires ont été remplacés par des panneaux plus efficaces, le complexe informatique de bord et les systèmes de communication ont été modernisés et la conception du boîtier de protection arrière a été modifiée afin de faciliter la maintenance du télescope en orbite. De plus, le logiciel de contrôle du télescope n'était pas prêt en 1986 et n'était en fait finalisé qu'au moment de son lancement en 1990.

Après la reprise des vols des navettes en 1988, le lancement est finalement prévu pour 1990. Avant le lancement, la poussière accumulée sur le miroir a été éliminée à l'aide d'azote comprimé et tous les systèmes ont été minutieusement testés.