Záchrana Hubbleova vesmírného dalekohledu: Vypraví se astronauti na poslední, šestou servisní misi?

Mezi astronauty se o posádkách raketoplánů chystajících se na opravu Hubbleova teleskopu – neboli Hubble Space Telescope, HST – hovořilo jako o rytířích Jedi. Měli totiž všechny představitelné i nepředstavitelné výhody, včetně přednostního odbavení v kantýně. Hubble alias HST tvořil absolutní prioritu.

Jenže když se řekne A, musí se dodat také B. S neomezeným rozpočtem i neomezenými možnostmi a s předností v kantýně přicházela rovněž mimořádná zodpovědnost.

Když se něco pokazilo třeba při budování ISS, vždy se to dalo nějak vyřešit: Další možnost se nabízela při příští misi. Nicméně u Hubbleova dalekohledu nebylo nic podobného možné. Vše se muselo podařit napoprvé. O obřím balvanu zodpovědnosti hovořil i Mike Massimino, který k teleskopu letěl dvakrát: „Selhání by znamenalo věčný cejch. Moje děti a vnoučata by se ve školách učily: ‚Mohli jsme zjistit, jestli se na jiných planetách vyskytuje život, ale váš táta a děda Hubbleův teleskop rozbil. A tak se to nikdy nedozvíme.‘“

Na počátku byl sen

O kosmickém teleskopu na oběžné dráze snily celé generace astronomů a vizionářů. V roce 1923 popisoval Hermann Oberth výhody „hvězdárny umístěné v kosmu“: Neovlivňuje ji zemská atmosféra a může pozorovat širší část spektra. V roce 1940 psal Robert S. Richardson o 300palcovém čili zhruba 7,6metrovém dalekohledu na Měsíci. O šest let později snil astrofyzik Lyman Spitzer o „hvězdárně na umělém Měsíci“ (dnes bychom hovořili o družici), jejíž teleskop se zrcadlem o průměru 5–15 metrů by umožnil „odhalit dosud nepředstavitelné fenomény, a možná dokonce upravit základní koncepty času a prostoru“. 

Vše se změnilo s nástupem kosmické éry lidstva. Nejprve se na oběžnou dráhu vydaly americké družice OAO neboli Orbiting Astronomical Observatory. Měly půlmetrový teleskop, ovšem první z nich kvůli technické závadě nefungovala. Zato druhá v prosinci 1968 znamenala absolutní triumf: Za 30 dní získala tolik astronomických dat, kolik se podařilo shromáždit za celou předchozí historii! 

Vývoj rozměrného kosmického dalekohledu každopádně započal v roce 1977 s tím, že pro něj bylo vybroušeno zrcadlo o průměru 2,4 metru. Podle původních představ měl startovat v roce 1983 (kdy se nakonec dočkal pouze pojmenování po astronomovi Edwinu Hubbleovi), ale různé problémy zavinily odklad o tři roky. 

V roce 1985 byl teleskop dokončen a do vesmíru se chystal zamířit v srpnu následujícího roku. Jenomže v lednu 1986 krátce po startu z Floridy explodoval raketoplán Challenger a celá americká kosmická flotila si musela vzít nucenou „dovolenou“. 

Konečně na oběžné dráze

Den D pro Hubbleův teleskop nakonec nadešel 24. dubna 1990, kdy jej do vesmíru vynesl raketoplán Discovery STS-31 s pětičlennou posádkou. Přístroj byl navržený tak, aby se dal opravovat a modernizovat přímo na oběžné dráze. Kritici sice tvrdili, že vyrobit a vypustit každých několik let novou observatoř by bylo levnější; ale na druhou stranu se takto podařilo získat cenné zkušenosti, počínaje dlouhodobým zajištěním provozu a konče diagnostikou na dálku. 

První servisní mise se začala plánovat už v roce 1988 a startovat měla 3–5 let po vypuštění dalekohledu. Počítalo se s výměnou stabilizačních gyroskopů, akumulátorů i některých přístrojů, podle zkušeností z provozu, případně také s doladěním určitých systémů. Nikdo však netušil, že právě „ladění“ se stane hlavní náplní premiérové servisní mise a že nepůjde o rutinní zákrok, nýbrž o záchrannou operaci.

Několik týdnů po přistání mise Discovery STS-31 se totiž zjistilo, že se teleskop nedá zaostřit. Jeho výrobce, dnes již neexistující firma Perkin-Elmer, vybrousila dokonalý povrch s maximálními odchylkami 10 nm, ale okraje zrcadla byly oproti zadání plošší o 2 200 nm (viz Co se stalo při broušení?).

Výsledné snímky tedy sice výrazně překonávaly záběry z pozemních dalekohledů, ale pořád hluboko zaostávaly za očekáváním i za konstrukčními možnostmi přístroje. Vědci s nadsázkou říkali, že je Hubble krátkozraký. A NASA tedy začala chystat „brýle“, které by jeho optickou vadu zkorigovaly.

Dalekohled s brýlemi

Hlavní náplň první servisní mise Endeavour STS-61 v prosinci 1993 tedy tvořila především oprava teleskopu. Dostal přístroj WFPC2 alias Wide Field and Planetary Camera 2, který už měl vlastní korekční optickou soustavu, a také zařízení COSTAR čili Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement, tj. optickou korekční jednotku pro všechny ostatní přístroje. Zároveň přibyla dvojice nových slunečních baterií, jejich řídicí elektronika, magnetometry, koprocesor pro zvýšení výkonu palubního počítače a dva nové gyroskopy.

Všichni pak s napětím čekali na výsledky mise – a první snímky pořízené několik týdnů po odletu raketoplánu ukázaly, že se generálka vydařila a že dalekohled podává očekávaný výkon. Téměř čtyři roky po startu se tak mohlo začít slavit. 

Nikoliv opravit, ale vylepšit

Druhá servisní mise, Discovery STS-82, odstartovala v únoru 1997. Nicméně na rozdíl od dramatické první opravy nešlo o záchranu teleskopu, nýbrž o jeho významné technologické vylepšení: Hubble dostal dva nové přístroje, konkrétně STIS alias Space Telescope Imaging Spectrograph a NICMOS neboli Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer. Kromě toho posádka opravila tepelnou izolaci, nainstalovala přesnější orientační systém, novou paměť apod.

Mise byla technicky náročná, protože astronauti zasahovali do složitých systémů, které do té doby bezchybně pracovaly. Jinými slovy se z něčeho funkčního mohlo snadno stát něco nefunkčního. Nakonec ovšem výprava uspěla.

Dva starty místo jednoho

Třetí servisní mise se musela rozložit do dvou samostatných letů raketoplánů. Na palubě teleskopu se totiž v rychlém sledu porouchalo víc stabilizačních gyroskopů, než bylo přípustné. Bez nich se přitom observatoř nedala stabilizovat, a tudíž ani nemohla provádět pozorování. HST nepoužívá k natáčení či k udržování orientace korekční motory jako družice: Jednak by věčné změny polohy vyžadovaly mnoho pohonných látek, jednak by zplodiny znečišťovaly okolí a jednak by se takto nikdy nepodařilo dosáhnout nezbytné přesnosti orientace. Proto má teleskop šest gyroskopů – setrvačníků, jež se rychle točí a svým nakláněním mění jeho polohu.

Plný provoz dalekohledu dlouhé roky vyžadoval, aby z šesti gyroskopů fungovaly nejméně tři, zatímco dnes díky novým postupům postačuje jeden. V roce 1999 se přitom ukazovalo, že jejich počet kvůli technickým závadám brzy klesne pod nutnou mez – a zároveň že se nepodaří včas nachystat přístroje, které se měly na observatoři vyměnit.

NASA se tudíž rozhodla rozdělit třetí servisní misi na dvě. První z nich se dala nachystat velmi rychle a Discovery STS-103 se sedmičlennou posádkou letěl už v prosinci 1999. Astronauti na HST nainstalovali šest gyroskopů, nové ovládací jednotky k akumulátorům, rychlejší palubní počítač – odtud zmínka o výměně Hubbleova mozku – nový vysílač, lepší izolaci i přesnější orientační systém. Vše navíc zvládli během pouhých tří výstupů. NASA totiž nechtěla mít raketoplán na orbitě při změně letopočtu, neboť by palubní počítače nemusely přechod na rok 2000 za letu zvládnout.

Další servisní mise, Columbia STS-109, se pak uskutečnila v březnu 2002 a jejím hlavním cílem bylo výrazně prodloužit životnost i výkon observatoře. Astronauti nainstalovali kameru ACS neboli Advanced Camera for Surveys, vyměnili sluneční baterie či elektrický rozvaděč a také do přístroje NICMOS umístili novou chladicí smyčku, protože původní médium se již spotřebovalo.

Naposledy raketoplánem

V únoru 2003 zahynula při havárii Columbie celá její sedmičlenná posádka. V lednu 2004 pak administrátor NASA Sean O’Keefe oznámil, že z bezpečnostních důvodů ruší plánovanou poslední servisní misi k teleskopu – což okamžitě vyvolalo vlnu nesouhlasu americké i mezinárodní vědecké komunity. Hubble totiž patří mezi nejcennější observatoře, jaké jsme kdy do vesmíru vyslali, a odvolání poslední servisní mise pro něj znamenalo de facto ortel smrti.

Situace se ovšem radikálně změnila, když do čela agentury v dubnu 2005 nastoupil Michael Griffin a v jednom z prvních prohlášení nevyloučil znovuzařazení mise do letového řádu raketoplánů. V říjnu 2006 pak oznámil, že servisní let bude.

Pátou a poslední servisní misi nakonec uskutečnil raketoplán Atlantis STS-125 v květnu 2009. Teleskop při ní prošel rozsáhlou generálkou, kdy kromě nových akumulátorů a gyroskopů – čili kritických komponent, bez jejichž výměny by záhy skončil – dostal i novou kameru WFPC3, ultrafialový spektrograf a lepší výbavu pro snazší zaměřování vybraných cílů.

Poletí se znovu?

Hubble dnes stále pracuje, přestože má své problémy a z šesti gyroskopů už fungují jen dva. NASA se je snaží maximálně šetřit, takže k orientaci využívá pouze jediný. Znamená to sice omezení pozorování o 12 %, ale roste tak šance, že se teleskop podaří udržet v chodu do příští dekády. Mimochodem, když se dostal na oběžnou dráhu, potřeboval k zajištění orientace nejméně tři gyroskopy.

Už před několika lety se proto hovořilo buď o automatické misi, nebo o pilotované výpravě. Přinejmenším se měla zvýšit oběžná dráha observatoře, a v ideálním případě mělo dojít k servisnímu zásahu, přičemž gyroskopy by samozřejmě byly na prvním místě. V září 2022 podepsala NASA s firmou SpaceX smlouvu o studii, která řeší možné využití lodi Dragon k prodloužení životnosti HST. Výsledek půlroční analýzy se však na veřejnost nedostal: Víme jen, že k předním zastáncům podobné mise patřil Jared Isaacman, který se sám do vesmíru podíval už dvakrát.

Americký podnikatel hodlal servis teleskopu realizovat jako druhou výpravu v programu Polaris, plán ovšem narazil na odpor vědecké komunity, jež se obává, že by příliš riskantní mise mohla observatoř poškodit. Hubble totiž pochopitelně není na připojení Dragonu stavěný a loď zas nikdy neměla sloužit k servisu podobného zařízení. Pokud se ovšem technický stav teleskopu zhorší, možná se zmíněná výprava začne znovu řešit – zvlášť když si uvědomíme, že se Isaacman coby její velký zastánce stal loni v prosinci 15. administrátorem NASA.