哈勃望远镜完成第二次太空修理

哈勃望远镜完成第二次太空修理 巨大,世界上一些知名电子仪器 厂家都在竞相开发和积极占领这 一 市场1996年初的统计明, 国际上有59个厂家生产342种 GPS信号接收机.1996年GPS 市场销售额为20亿美元,2000 年将达到85亿美元.在我国, GPS的市场也很有潜力国外厂 商已纷纷涌入,争相打开中国市 场.目前,中国的GPS接收机几 乎是全部从国外引进,自主生产 的能力相当赢弱,难与国际名牌 产品相匹敌.在这种情况下,只有 在国家政策的支持下走对外引 进,联合开发的路子,引进先进的 GPs生产技术,发展国产GPS 接收机.同时,应注重系列产 品的开发和研制,以满足各种 类型用户如车辆导航与监测 的需求,使我国在GPS接收 机的二次开发应用上能够占 颁一席之地. 4.发展区域性或国家的定位 系统,以免受制于人 应用美国一国独霸的GPS, 难以消除后颟之忧.因而国际上 许多国家和组织都正在或打算发 展自己的星基导航系统,除俄罗 斯已建成的GLONASS系统之 外,正在发展的多个低轨移动通 信卫星系统亦将具有导航定位功 能,日本也将致力于建设由4颗 卫星组成的导航星座可见,不久 世界上将出现多个星基导航系 统. 我国也应考虑在应用GPS 时的不利因素,适时建立我国的 星基导航定位系统,或者联合周 边国家,联合建立区域性导航系 统.这样,我们就可以掌握应用的 主动权,以免受制于人.口 M町1997AerospaceChb*a 卜2咯专 美国发现号航天飞机于2月 11日至21日在太空对哈勃太空 望远镜进行了第二次全面修理. 在此期间,宇航员们不仅按预定 给望远镜安装了多台新的仪 器设备,还对因长期暴露在太空 而造成的绝热层破损进行了修 补.修理后的哈勃焕然一新,新安 装的仪器都具有90年代的水平, 将大大改进哈勃的观测能力. 发现号是2月l1日美东部 时间上午3时55分从肯尼迪航 天中心点火升空的.它此次执行 的是第82号航天飞机飞行任务 (STS82).机上共乘有7名宇航 员,他们是指令长肯尼思?鲍尔 索克斯,驾驶员斯科特?霍罗威 茨以及史蒂文?霍利,马克?李, 格雷戈里?哈博,史蒂文?史密 斯和约琴夫?坦纳.经过一番追 赶和交会机动,他们于2月13日 上午3时33分抓住了望远镜. 发现号这次飞行价值高达 7.95亿美元,其中航天飞机的飞 行成本为4.48亿美元,新仪器及 维修硬件价值3.47亿美元.新安 装和更换的仪器设备包括t (1)近红外相机与多榜休光 谱仪(NICMOS)这台仪器重 347公斤,价值1.05亿美元它 取代了原来的戈达德高分辨率摄 谱仪它将把哈勃所能观测到的 宇宙范围扩大2.5倍.该仪器的 仅 主承包商是亚利桑那大学,制造 工作由鲍尔宇航与技术公司承 担.仪器上装有3台相机,是哈勃 上的第一台红外仪器.它将由一 块重104公斤的固态氨冷却到 一 215摄氏度. (2)空间望远镜成像摄谱仪 (STIS)该仪器重318公斤,价 值1.25亿美元.它替代了原来的 暗榜体摄谱仪,由鲍尔公司制造. 它将能对多个天体的光谱同时进 行观测,工作于紫外,可见光和红 外波长.它的光谱能力和空间分 辨能力分别是哈勃上其它摄谱仪 的30和500倍,因而还可使哈勃 能对离我们较近的恒星周围木星 大小的行星单独进行观测. (3)精制导敏惑器(FGS) 该仪器重227公斤,造价800万 美元,由休斯丹伯里光学系统公 司制造,尺寸和一架小钢琴相仿. 它对于哈勃瞄准和研究恒星位置 是一台很关键的仪器哈勃上共 有3台这种敏感器,这次飞行更 换了其中性能已下降的一台. (4)新型数据器一台 新型固态记录器取代了哈勃上原 来的开盘式记录器中的一台.新 记录器的存储容量是哈勃的机械 式磁带记录器的lO倍,且可以在 记录的同时进行数据传输.另外 还用一台新的机械式磁带记录器 取代了一台已出故障的装置 ?21? 田1两名字航员在对绝热层进行修丰}:箭头所示为已修补好的位置 (5)其它装置这次飞行还 安装了其它一些设备,包括一个 新的反作用动量轮组件,一台数 据接口装置,一套光学控制电子 组件(用于更好地控制精制导敏 感器)和一台新型太阳阵驱动电 子装置等. 按照原定计划,安装上述仪 器设备共要进行4次太空行走, 但由于临时发现绝热层破损问题 并要进行修补,所以宇航员们实 际上出了5次舱,最长的一次历 时近7.5小时,累积时间达到66 人t小时.这一出舱次数平了美 国单次飞行出舱次数的纪录.原 纪录是在1993年12月航天飞机 执行首次哈勃维修任务时创造 的.到舱外活动的有李,史密斯, 坦纳和哈博.霍利在这4人出舱 活动过程中负责操纵由加拿大斯 帕宇航公司制造的机械臂. 绝热层破损是宇航员们在头 3次出舱过程中发现的.他们发 现望远镜顶部的遮光罩和中部各 大型设备舱上的l7层绝热层的 最外层已经开裂和出现破损.这 ?22? 些破损都出现在望远镜朝向太阳 一 侧,如不修补,有可能造成关键 电子设备过热的后果.在这种情 况下,地面人员昼夜不停地工作, 用了两天时间制定了详细的指令 和图示,并在2月18日一大早就 传给了宇航员们,使他们能利用 轨道器内的材料改制出大块的 补丁”,以补到受损部位上. 此次飞行中还出现了一个后 果可能比绝热层破损更严重的情 况.这一情况发生在第一次出舱 活动开始前几分钟.射前约翰逊 和戈达德中心等曾花了数百个小 时来研究如何防止宇航员碰到哈 勃娇气”的太阳帆,哪怕只是轻 轻一碰.但就在已穿好太空服的 李和史密斯按程序从气闸舱 向外排放空气,以准备出舱时,望 远镜上朝右的太阳阵突然开始从 其水平位置剧烈地摇动了一下, 然后又回弹,但并未回到水平位 置.这一切都发生在5秒钟以内. 机上的宇航员和地面控制中心的 人员都被这一幕惊呆了.他们想 方设法怕太阳阵被碰动哪怕是几 英寸,而眼前它却像风车一样地 转了几英尺.但他们很快发现,是 气闸舱出来的空气沿轨道器货舱 的毡层底部流动并喷出后,吹到 了那块帆板上,才引出了这令人 心惊的一幕,而这一点事先谁也 投有想到.幸运的是,戈达德中心 圉2哈勃右边的一块太阳帆被气『掌i舱来的空气吐动后的情况 中国航天1997年第5期 图3两名字航员站在机械臂上进行操作 的分析表明这块太阳帆的机构并 未受损. 约翰逊和戈达德中心的人员 用了两年的时间来制订这次飞行 的任务安排和进行培训,其中包 括花267小时对机组人员进行水 下培训.飞行过程中的出舱行走 共动用了15O多种工具.在完成 了仪器安装和绝热层修补工作 后,哈勃于美国中部时间2月l9 日上午12时41分被释放出去. 发现号巳于21日返回肯尼迪航 天中心.5次出舱活动的情况如 下{ ? 第一次(飞行第4天,即2 月14日):李和史密斯于美国中 部时间下午lO时45分出气闸 舱,此时发现号正在澳大利亚上 空飞行,货舱面向地面,机尾指向 速度向量方向.在头1个小时里, 两人在机械臂上安装了一个工作 台,并在望远镜与轨道器的支撑 平台之间加了一根支柱.重l2吨 的望远镜随后被转动9O度,以使 其底部的垂直轴向仪器舱大门朝 May1997AerospaceClu’na 向货舱内的宇航员.史密斯站在 机械臂上,以轨道器结构和自己 的身体为坐标用动作来指挥霍利 操纵机械臂.出舱约 55分钟时,史密斯打 开了仪器舱门,准备 拆下戈达德高分辨率 摄谱仪.随后李漂进 巨大的望远镜中去拆 除该摄谱仪的连接 件. 两人在活动中发 现他们的手套蹭上了 舱外活动把手上的黄 漆,这才引起了他们 对绝热层破损的注 意,并继而发现了更 严重的破损. 出舱2小时后, 当发现号再次飞越澳 大利亚时,史密斯把 冰箱大小的旧摄谱仪 拖了出来,并利用机 械臂将其移到一临时 位置固定起来.随后 霍利又操纵机械臂把史密斯移过 货舱内装有新的空问望远镜成像 摄谱仪的箱子.在这里,史密斯和 李两人把这台新仪器取了出来. 宇航员们在使用电动工具拧 橙螺栓时都要数一数工具的转动 圈数,有时还要看一看力矩值.由 于在零重力下和戴着宇航服手套 时不容易感受到工具的反应情 况,所以这些数值在飞行前都做 过计算. 新仪器被从箱子里取出10 分钟后,史密斯根据李的目测指 I,轻轻地把它推到了望远镜内. 望远镜在其光学路径方向上的精 确定位要由双重互联锁定机构保 证,但一开始的对准用了几分钟 的时间,远比原来设想的困难. 按上述方式,两名宇航员随 图4史密斯谦过装有新仪器的箱子 ?23? 圈5驾驶舱内的宇航员 后又拆除了旧的暗物体摄谱仪并 安装了新的近红外相机与多物体 光谱仪. 在各次出舱活动过程中,哈 勃都保持供电状态.戈达德太空 望远镜控制中心在此期问不断地 向哈勃发送指令.以使其电力状 态与出舱操作的要求相一致. ? 第二次(飞行第5天):这 次出舱的宇航员是哈博和坦纳, 开始时问是美中部时间下午9时 30分,此时发现号正处于南太平 洋上空.轨道上看到的正是日落 时分在两人进入货舱时,望远镜 被转动了90度.以便哈博和坦纳 能接近要替换的精制导敏感器所 在的一侧.转动后望远镜的太阳 阵与货舱相互垂直.坦纳站在机 械臂上,而哈博则处于自由漂浮 状态.他们首先在哈勃的侧面装 了一个脚固定装置供哈博使用, 然后打开了要更换的精制导敏感 器所在的仪器舱门.在那里(距望 远镜底部约4.6米高处)他们发 ?24? 现了在多层绝热件上有长o.15 , 0.20米的蜘蛛网状开裂.在哈 博的指引下,坦纳将要换下的敏 感器拖出,然后又放了进去,以便 练习下一步如何安装新装置.取 出新装置后,坦纳抱着该装置站 在机械臂上,而啥博则爬回到望 远镜上此时霍利把机械臂操纵 到一个适当的位置,以使哈博可 以取下盖在新装置前面镜面上的 一 个罩子.当发现号在古巴上空 的黑夜中飞行时,这台新装置被 安装到位. 在此之后,两名宇航员又用 一 台新的机械式与科学磁带 记录器更换了已出故障的一台记 录器.更换时两人被机械臂举到 望远镜左侧的中部.在那里他们 叉发现17层绝热层中覆有特氟 隆材料的第一层有很严重的剥离 和开裂. 最后,望远镜被转回90度, 回到了太阳阵与轨道器货舱平行 的位置,以便于已站在机械臂上 的哈博能安装一套新的电子组 件.这套组件用于控制新精制导 敏感器内的一块铰接镜面这次 出舱历时7小时27分钟.两名字 航员回到轨道器内后,发现号做 了一次机动,以避开由1994年的 飞马座火箭发射形成的一块空问 碎片. ? 第三次(飞行第6天):前 两次出舱活动都需要搬运大型设 备,而第三次则属于那种.劳动密 集型的工作,需要使用大量的, 并非为出舱更换而设计的螺栓和 连接器.参加这次活动的又是李 和史密斯两人,开始时问是下午 9时15分,共用了7小时的时 间. 第一项工作是由站在机械臂 上的李拆下哈勃4台数据接1:3装 置中的一台.这些装置都安装在 从望远镜底部算起三分之一的高 度处,大小同微波炉差不多,用 2o个连接器和6根螺栓固定,需 要用特殊工具来拆装,以免这些 零件漂走.因为新运来的装置在 设计时改进了对在舱外操作的适 应性,所以相对来说拆卸已坏的 旧装置比安装新装置显得更困难 一 些. 装好数据接1:3装置后,望远 镜被下倾l5度,然后又转动180 度,以使两名宇航员能用新的数 字式装置更换原有的磁带记录器 中的一台.随后他们还更换了一 个已失效的反作用控制轮组件. 最后.李对靠近望远镜仪器段上 部的一个电子设备舱进行了仔细 检查那里绝热层的损坏问题最 为严重. ? 第四次(飞行第7天):这 次出舱活动在快结束时进行了绝 中国航天1997年弟5期 热层修补.哈博和坦纳是在美中 部时间下午lO时45分出舱的. 当时航天飞机处太平洋中部上 空这次出舱活动难度最大的- 项工作(也是本次飞行最难的1= 作)是要替换由欧空局提供的太 阳阵驱动电路盒.该装置位于望 远镜中部,大小和烤箱差不多.使 用了很多不是为舱外活动使用而 设计的连接装置坦纳在自由漂 浮状态下辅助哈博进行了这项操 作 这之后.望远镜被转动30度 和下倾约l5度,两名宇航员被举 到发现号上近6层楼高处的哈 勃顶部,以便在该望远镜的磁强 计上加装新的保护罩.这也是这 次飞行中最为壮观的一个场面. 两人在那里还看到了地球北极的 极光 为了开始进行绝热层修补. 哈勃的高增益天线杆只能处在与 货舱平行的位置,所以霍利在升 起机械臂时做得非常小心望远 镜长长的遮光简的向阳一面有两 处特氟隆外屠受损,一处为水平 的,一处是垂直的.两名宇航员把 两张准备好的O.3米×【)_9米修 朴片用片上的丝线系到附近的把 手和其它点上.两人不断地向霍 利打手势,告诉他把机械臂挪到 什么位置. 在哈博和坦纳在外面工作的 同时,机内的李和霍罗威茨又收 到了地面的指令,告诉他们如何 改制4大块修补片,以供下一次 出舱修补使用 ? 第五次(飞行第8天:第 五次出舱活动完全是为了进行绝 热层修补这次出舱的开始时间 是美东部时问下午9时l5分,当 May1997AerospaceChina 时发现号位于印度洋上空.李在 这次出舱活动中被固定在机械臂 上.而史密斯则在臂上和在把手 上提供帮助他们先是被举到望 远镜的7号舱处,用竖向的丝线 把襁软的绝热片固定在该舱的外 缘上.该舱位于两个太阳阵之间 的支持系统舱段内.内装太阳阵 驱动电子装置. 8号和10号舱处的绝热层 已经开始卷曲.如不修补,光和光 生成的热有可能穿透这些部位, 所相对来说这里更需要进行修 补.这两个仪器舱的顶部和底部 表面都被盖上了大的修补片8 号舱位于哈勃两个太阳阵之间. 内装指向控制硬件;l0号舱则位 于望远镜的右侧,基本上处在一 1,太阳阵的正下方,内装科学与 数据处理计算机系统两名宇航 民还新发现由空间暴露造成的 破损.其中一个扶手上的漆已起 卷. 第五坟出舱活动共持续了5 小时I1分钟. 哈勃太空望远镜计划的总费 用为40亿美元.按计划.该望远 镜在2005年之前共将进行5次 太空维修.下一次维修的时问是 1999年12月(STS103).届时还 将对其中部各仪器舱的绝热层进 行修补.据分析.造成绝热层破损 的原因可能是紫外线辐射和原子 氧腐蚀.在下一次维修时.哈勃的 太阳帆将被两块新帆取代.另外 还将安装一台新型计算机和先进 的相机.薪太阳帆使用砷化镓取 代硅电池.第4次维修定于2002 年进行.将为哈勃装上’台新的 科学仪器.[ 日拟合并希望号试验和 实用飞行器计划 费用固索正促使日本科技厅考虑在1999年希望号的技术验证飞行器希望x 发射之后不再另外研制一架这种飞行器. 由于日本字宙开发事业团正在把精力放在H一2火箭的商业活动上.它发射不 载人希望号小型航天飞机的职责似乎布那么夸人关注了.实际上,22吨重的希望 号是H一2火箭一个重要的长期性有效载荷.它将用于向空问站运送补结.日本在 国际空间站上将设一个实验舱. 科技厅,宇宙开发事业目和日本内阁的咨询机掏宇宙开发委员会原计划把希 望X其作为技术验证飞行器.另外再研制一架尺寸相近的实用希望号,并确定实 甩型飞行器在gOOfi年兰射实用型飞行器设计上更为精细,将装设自动交会对接 系统和与美国航天飞机货船相近但尺寸小一些的货舱.但现在这些机构正在重新 考虑单独研制和组装这样一架飞行器的高昂费用以及把试飞后的希望x改装成 实用型飞行器所能带来的节省.另行研制实用飞行器估计需约3500亿日元(29亿 美元),而改装只需十分之一(2.92亿美元).改装成的实用飞行器将带有货舱,交 会对接装置及希望号原始设计上的其它功能 建造供试验用的希望x的费用是1000亿匿元(8.3亿美元).科技厅准备使用 改装的希望x飞10~20次.(广) ? 25?