STS-61 был первой миссией NASA по обслуживанию космического телескопа Хаббл и пятым полетом космического челнока Endeavour . Миссия стартовала 2 декабря 1993 года из Космического центра Кеннеди (KSC) во Флориде . Миссия восстановила зрение космической обсерватории (испорченное сферической аберрацией в ее зеркале ) с установкой новой основной камеры и пакета корректирующей оптики (COSTAR). Эта коррекция произошла более чем через три с половиной года после запуска Хаббла на борту STS-31 в апреле 1990 года. Полет также принес модернизацию инструментов и новые солнечные батареи для телескопа. С ее очень большой рабочей нагрузкой миссия STS-61 была одной из самых сложных в истории шаттла.
STS-61 длился почти 11 дней, и члены экипажа совершили пять выходов в открытый космос ( внекорабельная деятельность (EVA)), что является рекордом за все время; даже для повторного размещения Intelsat VI на STS-49 в мае 1992 года потребовалось всего четыре. План полета предусматривал два дополнительных выхода в открытый космос, что могло бы увеличить общее число до семи; последние два резервных выхода в открытый космос не были выполнены. Чтобы завершить миссию без слишком большого утомления, пять выходов в открытый космос были разделены между двумя парами разных астронавтов, которые чередовали свои смены. Во время полета специалист миссии Джеффри А. Хоффман также крутил дрейдл в честь праздника Ханука для зрителей, наблюдавших за этим через спутник.
Endeavour был переведен с площадки 39A на площадку 39B из-за загрязнения помещения для смены полезной нагрузки после урагана 30 октября 1993 года. Внутренний пакет полезной нагрузки HST не пострадал, поскольку он был плотно запечатан, а загрязнение, по-видимому, было вызвано пескоструйной обработкой песка от недавних модификаций площадки A. 18 ноября 1993 года у Endeavour произошел отказ преобразователя на гидравлическом приводе элевона . Для замены привода потребовался бы откат в цех обработки орбитального аппарата (OPF), поскольку доступ к приводу был только через нишу колеса основного шасси. Поскольку было 4 преобразователя delta-P, а критерии подтверждения запуска (LCC) требовали только 3 из 4, преобразователь был откреплен и не будет использоваться во время полета. Летный экипаж прибыл на посадочную площадку шаттла (SLF) KSC 27 ноября 1993 года, а двери грузового отсека были закрыты в 20:20 UTC 28 ноября 1993 года. Первая попытка запуска 1 декабря 1993 года была отменена из-за нарушений погодных условий на посадочной площадке шаттла. [2] Непосредственно перед отменой запуск также был запрещен из-за нахождения в ограниченной морской зоне корабля длиной 240 м (790 футов). Был введен 24-часовой цикл очистки с окном запуска, продленным с 09:26 до 10:38 UTC 2 декабря 1993 года. Стартовая масса составила 113 541 кг (250 315 фунтов). Масса полезной нагрузки составила 8 011 кг (17 661 фунт). После запуска астронавты провели ряд проверок корабля и легли спать через семь с половиной часов после старта.
Endeavour выполнил серию включений, что позволило шаттлу приблизиться к космическому телескопу Хаббл со скоростью 110 км (68 миль) за 95-минутную орбиту. Экипаж провел детальный осмотр полезной нагрузки и проверил как роботизированную руку ( Canadarm ) , так и скафандры . Все системы Endeavour функционировали хорошо, поскольку экипаж получил полный дневной сон в подготовке к вечерней встрече. В конце второго дня полета Endeavour находился в 350 км (220 миль) позади HST и приближался.
Астронавт Джеффри А. Хоффман наблюдал за HST с помощью бинокля , после чего заметил, что правая солнечная батарея была согнута под углом 90°. Эти 12-метровые (39-футовые) солнечные батареи, предоставленные Европейским космическим агентством (ЕКА), должны были быть заменены во время второго выхода в открытый космос, поскольку они колебались 16 раз в день (поскольку телескоп нагревался и охлаждался при переходе с ночной стороны Земли на дневную и наоборот), тем самым нарушая способность Хаббла поддерживать точное наведение.
Скорость сближения оставалась прежней до следующего срабатывания системы управления реакцией (RCS) в 02:34 UTC 4 декабря 1993 года. Это включение двигателя для корректировки высоты («NH» для «Номинальной высоты») изменило скорость шаттла на 1,4 м/с (4,6 фута/с), изменило высшую точку орбиты Endeavour и скорректировало его курс к точке в 64 км (40 миль) позади HST. Следующее включение, включение орбитальной маневренной системы, обозначенной как NC3, было запланировано на 03:22 UTC и изменило скорость Endeavour на 3,8 м/с (12 футов/с). Скорость догоняющего Endeavour была скорректирована примерно до 30 км (19 миль) за виток и поставило его на 15 км (9,3 мили) позади HST двумя витками позже. Третий запуск всего 55 мм/с (2,2 дюйма/с), названный NPC и предназначенный для точной настройки наземной траектории космического корабля , был выполнен в 15:58 UTC. [3] Многоосевой запуск конечной инициации RCS (TI), который вывел Endeavour на курс перехвата с HST и установил ручное управление командиром Диком Кови на последних этапах сближения, произошел в 05:35 UTC. Кови маневрировал Endeavour в пределах 9,1 м (30 футов) от свободно летящего HST, прежде чем специалист миссии Клод Николье использовал роботизированную руку Endeavour , чтобы захватить телескоп в 08:48 UTC, когда орбитальный аппарат находился в нескольких сотнях километров к востоку от Австралии над южной частью Тихого океана . Николье пришвартовал телескоп в грузовом отсеке шаттла в 09:26 UTC. Все шло по графику для первого запланированного выхода в открытый космос, намеченного на 04:52 UTC. [4] После захвата были проведены дополнительные визуальные проверки с использованием камеры, установленной на дистанционном манипуляторе шаттла длиной 15 м (49 футов) (Canadarm).
Ранее в тот же день диспетчеры Центра управления космическими телескопами имени Годдарда (GSFC) передали команды на складывание двух антенн с высоким коэффициентом усиления HST . Диспетчеры получили указания о том, что обе антенны правильно вставлены в корпус телескопа, но микропереключатели на двух защелках одной антенны и одна защелка на другой не отправили сигнал «готов к защелке» на землю. Диспетчеры решили не пытаться закрыть защелки, поскольку антенны находились в стабильной конфигурации. Ожидалось, что ситуация не повлияет на планы по сближению, захвату и обслуживанию телескопа.
Story Musgrave и Jeffrey A. Hoffman начали первый выход в открытый космос примерно на час раньше запланированного срока, войдя в грузовой отсек в 03:46 UTC. Они начали с распаковки инструментов, страховочных тросов и рабочих платформ. Затем Хоффман установил платформу для ограничения ног на конец дистанционного манипулятора шаттла (Canadarm), который затем защелкнул на своих ногах. Николье управлял рукой изнутри шаттла и перемещал Хоффмана вокруг телескопа. Тем временем Масгрейв установил защитные крышки на кормовую антенну с низким коэффициентом усиления Хаббла и на открытые крышки разъемов подшипников напряжения. Затем астронавты открыли двери отсека оборудования HST и установили еще один ограничитель ног внутри телескопа. Масгрейв помог Хоффману войти в ограничитель, и Хоффман приступил к замене двух комплектов датчиков скорости (RSU). Эти блоки содержат гироскопы , которые помогают удерживать Хаббл в нужном направлении. К 17:24 UTC Хоффман закончил замену RSU-2 (содержащего гироскопы 2–3 и 2–4), а затем заменил RSU-3 (содержащего гироскопы 3–5 и 3–6). Затем астронавты потратили около 50 минут на подготовку оборудования для использования во время второго выхода в открытый космос, а затем заменили пару электрических блоков управления (ECU) (ECU-3 и ECU-1), которые управляют RSU-3 и RSU-1. [4] Астронавты также заменили восемь предохранителей, которые защищают электрические цепи телескопа. Теперь у Хаббла был полный комплект из шести исправных гироскопов. [4]
Астронавты боролись с защелками на двери гироскопа, когда два из четырех болтов двери гироскопа не были сброшены после того, как астронавты установили два новых пакета гироскопов. Инженеры, оценивавшие ситуацию, предположили, что когда двери были отперты и открыты, изменение температуры могло заставить их расшириться или сжаться достаточно, чтобы помешать сбросу болтов. Благодаря усилиям решительных астронавтов в грузовом отсеке Endeavour и настойчивых инженеров на земле все четыре болта наконец-то защелкнулись и заблокировались после того, как два космических путешественника одновременно поработали над верхней и нижней частями дверей. Масгрейв закрепился внизу дверей с помощью устройства для удержания груза, что позволило ему использовать некоторую силу тела против дверей. Хоффман, который был прикреплен к руке робота, работал над верхней частью дверей. Дуэт успешно защелкнул двери, когда они одновременно защелкнули верхнюю и нижнюю защелки.
Космонавты также подготовили грузовой отсек для специалистов миссии Тома Эйкерса и Кэти Торнтон, которые должны были заменить две солнечные батареи телескопа во время второго выхода в открытый космос. В ожидании этого выхода в открытый космос Масгрейв и Хоффман подготовили носитель солнечных батарей, который находится в передней части грузового отсека, и прикрепили к телескопу фиксатор для ног, чтобы помочь в замене солнечных батарей.
Выход Масгрейва и Хоффмана в открытый космос стал вторым по продолжительности выходом в открытый космос в истории НАСА, длившимся 7 часов 50 минут. Самый продолжительный выход в открытый космос произошел на STS-49 в мае 1992 года во время первого полета Endeavour . Членами экипажа, выходившими в открытый космос во время этого полета, были Томас Д. Эйкерс, Ричард Дж. Хиб и Пьер Дж. Туот . С тех пор ряд выходов в открытый космос превзошли эти. (См. Списки выходов в открытый космос и высадок на Луну )
Несмотря на перегиб в массиве (примерно в полутора панелях от конца), после проверки менеджерами программы HST, диспетчеры полетов решили продолжить предполетный план и попытаться свернуть и убрать солнечные батареи в конце первого выхода в открытый космос. Укладка солнечных батарей представляет собой двухэтапный процесс, при этом начальный этап включает сворачивание солнечных батарей, а второй этап включает фактическое складывание батарей напротив телескопа. Каждый массив стоит на четырехфутовой мачте, которая поддерживает выдвижное крыло солнечных панелей длиной 12 м (39 футов) и шириной 2,5 м (8 футов 2 дюйма). [4] Они снабжают телескоп 4,5 кВт энергии.
Пятый день полета начался в понедельник днем (6 декабря 1993 г.) в 15:35 UTC. Астронавты Томас Д. Эйкерс и Кэтрин К. Торнтон заменили солнечные батареи HST во время второго запланированного выхода в открытый космос (у Торнтон были красные пунктирные полосы на скафандре, а у Тома Эйкерса — диагональные красные пунктирные полосы, что помогло диспетчерам различать двух выходцев в открытый космос). В начале выхода в открытый космос давление в вентиляционной одежде Торнтон составляло 1,4 кПа (0,20 фунтов на квадратный дюйм) вместо нормального давления от 28 до 41 кПа (от 4,1 до 5,9 фунтов на квадратный дюйм). [4] Это было связано с возможной ледяной пробкой в трубопроводе скафандра, которая вскоре растаяла. Затем Торнтон надела свой скафандр. Были и другие проблемы со скафандром Торнтон для выхода в открытый космос. Ее приемник связи вышел из строя таким образом, что она могла связаться с Эйкерсом, но не с Центром управления полетами в Хьюстоне . Экипаж решил использовать технику ретрансляции всех команд для Торнтона через Эйкерса вместо переключения на резервный канал связи. Резервный канал используется для биомедицинской телеметрии костюма и ограничил бы возможности Центра управления полетами по отслеживанию этой телеметрии.
Эйкерс начал выход в открытый космос, установив на Canadarm для Торнтона ограничитель для ног, и приступил к отсоединению трех электрических разъемов и зажимного узла на солнечной батарее. У него возникла небольшая проблема с зажимным узлом, но разъемы были отсоединены к 04:17 UTC. Торнтон удерживал батарею на месте, чтобы она не дрейфовала свободно после отсоединения. Солнечные батареи весят 160 кг (350 фунтов) и имеют длину 5 м (16 футов) в сложенном виде. Астронавты демонтировали поврежденную батарею в 04:40 UTC над Сахарой ( во время ночного пролета, чтобы минимизировать электрическую активность), а Торнтон удерживал батарею до следующего дневного пролета (приблизительно 12 минут), прежде чем выбросить ее за борт в 04:52 UTC над Сомали . Сброс в дневное время позволил астронавтам и диспетчерам полета точно отслеживать ее положение и относительную скорость. Освобождение Торнтоном придало нулевую скорость массивам, а затем орбитальный аппарат сделал небольшой пуск, чтобы увеличить расстояние между собой и массивом. Массив, удаляясь от Endeavour со скоростью 1,5 м/с (4,9 фута/с), разделялся примерно на 18–19 км (11–12 миль) на каждой орбите. [4] Затем экипаж установил новый массив (завершив работу около 06:40 UTC) и повернул телескоп на 180°. Затем они заменили второй солнечный массив, который был убран для возвращения в ЕКА. После 6,5 часов ВКД Центр управления операциями космического телескопа (STOCC) провел успешные функциональные испытания четырех из шести гироскопов HST. [4] Гироскопы 1 и 2 не удалось проверить из-за ориентации телескопа, и они были проверены во время сна экипажа в понедельник вечером (6 декабря 1993 г.).
Третий выход в открытый космос начался 7 декабря 1993 года в 03:34 UTC, когда Endeavour находился над Австралией. Хоффман установил направляющие штифты на широкоугольной планетарной камере (WF/PC, обычно называемой «Whiffpick») и подготовил WF/PC к снятию, в то время как Масгрейв установил рабочую платформу и работал над открытием дверцы доступа, чтобы можно было наблюдать за индикаторами состояния WF/PC. Хоффман прикрепил опорную ручку к WF/PC и с помощью Клода Николье на руке и свободно плавающего Стори Масгрейва снял WF/PC во время ночного пролета, начавшегося в 04:41 UTC. WF/PC освободился от телескопа к 04:48 UTC и вернулся в контейнер для хранения. Затем с новой широкоугольной и планетарной камеры 2 (WFPC2) был снят защитный колпак (защищающий ее хрупкое внешнее зеркало), и в 06:05 UTC была установлена 280-килограммовая (620 фунтов) WFPC2. Затем наземные диспетчеры провели тест на работоспособность и через 35 минут сообщили, что новая камера успешно прошла серию первоначальных тестов. Новая широкоугольная и планетарная камера 2 имела более высокий рейтинг, чем предыдущая модель, особенно в ультрафиолетовом диапазоне, и включала собственную систему коррекции сферической аберрации .
После установки WFPC2 Хоффман заменил два магнитометра на борту HST. Магнитометры, расположенные в верхней части телескопа, являются «компасом» спутника. Они позволяют HST находить свою ориентацию относительно магнитного поля Земли . Оба оригинальных блока страдали от проблем с фоновым шумом. Во время установки от магнитометров отвалились две части. Выход в открытый космос продолжался 6 часов и 47 минут.
Четвертый выход в открытый космос начался 8 декабря 1993 года, когда Endeavour пролетал над Египтом в 03:13 UTC с Торнтоном и Эйкерсом. Основной задачей выхода в открытый космос была замена высокоскоростного фотометра (HSP) HST на систему Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), которая исправила бы сферическую аберрацию главного зеркала HST для всех инструментов, кроме камеры WFPC2, которая имела собственную встроенную корректирующую оптику. Эйкерс получил разрешение на открытие створок заднего кожуха HST -V2 в 22:45 EST. Планировалось, что двери будут открыты во время ночного пролета, чтобы минимизировать тепловые изменения и уменьшить вероятность выделения газов из компонентов, которые могли бы загрязнить оптику. [4] Высокоскоростной фотометр (HSP) был выключен в 03:54 UTC, а открытие створок началось в 03:57 UTC. Вскоре после частичного открытия двери астронавты потренировались закрывать ее снова. Дверь демонстрировала такое же сопротивление при закрытии, как и другие двери во время предыдущих выходов в открытый космос. Двери были полностью открыты к 04:00 UTC, и четыре разъема питания и данных, а также один заземляющий ремень были отсоединены от HSP. HSP был извлечен в 04:27 UTC, а затем снова вставлен для практики установки COSTAR. Затем HSP был припаркован сбоку от грузового отсека, в то время как COSTAR был извлечен из укладки и успешно установлен в HST примерно к 05:35 UTC. Астронавты закрыли двери отсека оборудования HST и убрали HSP. В 07:25 UTC они начали модернизацию бортового компьютера HST, прикрутив электронный пакет, содержащий дополнительную компьютерную память и сопроцессор . Затем компьютерная система была повторно активирована и прошла испытания функциональности в 09:41 UTC. Выход в открытый космос был на 100% успешным и продолжался 6 часов 50 минут. [4]
Пилот Кеннет Д. Бауэрсокс, используя систему RCS Endeavour , выполнил два орбитальных маневра и поднял HST с орбиты 594 на 587 км (369 на 365 миль) на круговую орбиту 596 на 594 км (370 на 369 миль) в 02:14 UTC. [4] Функциональные испытания COSTAR также были завершены. Были некоторые опасения по поводу работоспособности бортового компьютера HST DF-224 и недавно установленной памяти и сопроцессора, когда произошел сбой дампа памяти. После тщательного анализа группой в GSFC было установлено, что сбой дампа был вызван шумом на линии связи между космическим аппаратом и землей.
Пятый выход в открытый космос начался 9 декабря 1993 года в 03:14 UTC с "go" для разгерметизации шлюза над Индийским океаном , выход в открытый космос выполнили Масгрейв и Хоффман. Скафандр Масгрейва не прошел первоначальную проверку на герметичность, и Масгрейв выполнил шаги по контрольному списку на случай непредвиденных обстоятельств при давлении 34 кПа (4,9 фунта на квадратный дюйм). Он повернул нижние суставы скафандра, и костюм прошел две последующие проверки на герметичность. Выход в открытый космос начался в 10:30 UTC и продолжался 7 часов 21 минуту.
Первой задачей Масгрейва и Хоффмана была замена электроники привода солнечной батареи (SADE), и они начали операцию SADE, в то время как наземные контроллеры инициировали первый шаг в развертывании солнечной батареи, дав команду первичному приводному механизму (PDM). Endeavour был переведен в свободный дрейф, чтобы отключить любые срабатывания RCS, которые могли бы нарушить работу солнечных батарей, и двигатели PDM были включены в 03:48 UTC. Защелки были разблокированы, но батареи не смогли повернуться в положение развертывания. Никакого движения не было обнаружено, и STOCC отправил команды на управление одной батареей двумя двигателями, но безуспешно. Наконец, астронавты вручную запустили механизм развертывания, и развертывание прошло успешно. После замены SADE экипаж установил электрическое соединение со спектрографом высокого разрешения Годдарда в 08:30 UTC, и он прошел проверку функциональности. Затем экипаж установил несколько крышек на магнитометры, изготовленные на борту Клодом Николье и Кеннетом Д. Бауэрсоксом. Эти чехлы будут содержать любой мусор, вызванный старыми магнитометрами, которые показали некоторые признаки распада ультрафиолета. Выход в открытый космос закончился в 05:51 EST, в результате чего общее время выхода в открытый космос для этой миссии составило 35 часов 28 минут. В течение этого дня полета Хоффман вращал дрейдл перед живой аудиторией в честь праздника Ханука и принес дорожную ханукальную менору . Антенна с высоким коэффициентом усиления HST (HGA) была развернута в 11:49 UTC и завершена к 11:56 UTC. Время выпуска HST было установлено на 07:08 UTC.
Полет 9-го дня начался 9 декабря 1993 года, но опасения по поводу одного из четырех бортовых интерфейсных блоков данных (DIU) HST задержали выпуск. Каждый из 16-килограммовых (35 фунтов) DIU передает данные между главным компьютером HST, солнечными батареями и другими критически важными системами. Сбой на стороне A DIU № 2 привел к неустойчивым колебаниям тока и некоторым потерям данных. Контролеры в STOCC и центре управления полетами разработали процедуру устранения неполадок, чтобы определить масштаб проблемы. HST был переведен на внутреннее питание и отключен от своего силового кабеля в 04:43 UTC. Затем контроллеры переключили каналы на DIU со стороны A на сторону B, а затем обратно на сторону A. Они решили, что HST следует развернуть. Были задействованы барабанные тормоза на новой солнечной батарее, чтобы предотвратить их вибрацию во время будущих наблюдений. Затем Клод Николье взял спутник с помощью Canadarm. Затем спутник был поднят и отведен от Endeavour. Затем дверь апертуры телескопа была снова открыта (33-минутная процедура) и затем отпущена в 10:26 UTC. Командир Дик Кови и пилот Кеннет Д. Бауэрсокс запустили небольшие маневровые двигатели Endeavour и медленно отвели шаттл от HST. Посадка шаттла произошла в Космическом центре Кеннеди на взлетно-посадочной полосе 33 в 05:26 UTC 13 декабря 1993 года.
Экипаж STS-61 появился в эпизоде американского телешоу Home Improvement . Сезон 3, эпизод 24 под названием «Reality Bytes» вышел в эфир 18 мая 1994 года. Ремонтная бригада «Хаббла» появилась в вымышленном сегменте Tool Time , где они показали некоторые инструменты, которые они использовали в космосе. Во время финальных титров Кови также представил актерам и съемочной группе Home Improvement рамку с флагом, нашивкой экипажа и несколькими фотографиями. Флаг и нашивка пролетели около четырех миллионов миль в космосе.
