NASA-Astronaut Story Musgrave bewegt sich im Frachtraum der Raumfähre Endeavour während der Entfaltung der Solarpaneele des Hubble-Weltraumteleskops beim letzten von fünf Weltraumspaziergängen der STS-61 am 9. Dezember 1993. (Bildnachweis: NASA)
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Meisterwerk der Technik und des menschlichen Erfindungsreichtums. Hubble ist in Größe und Gewicht mit einem großen Schulbus vergleichbar, aber seine Beiträge zu Wissenschaft und Astronomie könnten Bibliotheken füllen.
Hubble ist nicht nur eine der besten Quellen der Erde für absolut unglaubliche, nicht alltägliche Bilder, sondern auch ein Zeugnis für die menschliche Neugier und Entschlossenheit. Das Teleskop ist seit über 30 Jahren in Betrieb, wurde insgesamt fünf Mal gewartet und lieferte fast 250 Terabyte an Daten, die zu unserem Verständnis des Universums beitragen.
Ende der 1960er Jahre begannen Wissenschaftler mit der Arbeit an Ideen für ein großes Weltraumteleskop in der Erdumlaufbahn, aber es dauerte fast ein Jahrzehnt der Lobbyarbeit und der Verfeinerung der Pläne, bevor die Finanzierung des Projekts vom US-Kongress genehmigt wurde. Danach dauerte es noch fast ein halbes Jahrzehnt, bis das Teleskop seinen offiziellen Namen erhielt – nach dem berühmten amerikanischen Astronomen Edwin Hubble. Nach dem Untergang der Challenger im Januar 1986 und der anschließenden Einstellung des Space-Shuttle-Programms musste Hubble weitere fünf Jahre warten, bis es die Erdumlaufbahn erreichte.
Hubble wurde mit einer Reihe von Instrumenten an Bord gebaut, darunter die Wide Field Planetary Camera (WFPC), der Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS), die Faint Object Camera (FOC), der Faint Object Spectrograph (FOS) und das High Speed Photometer (HSP).
Hubble startete am 24. April 1990, verstaut in der Ladebucht der Discovery. STS-31 war der 10. Start der Discovery und die 35. Space Shuttle-Mission insgesamt.
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Einen Tag nach Erreichen der Umlaufbahn (25. April) setzte die STS-31-Besatzung Hubble aus und verbrachte dann den größten Teil ihrer Mission damit, das Teleskop in Betrieb zu nehmen. Die Discovery kehrte am 29. April zur Erde zurück und ließ Hubble in einer Umlaufbahn in einer Höhe von 612 Kilometern (380 Meilen) zurück, wo es beginnen konnte, die Menschheit mit den Geheimnissen des Universums zu beeindrucken.
Zumindest sollte es so sein. Doch die ersten Bilder, die von Hubble – dem 1,5 Milliarden Dollar teuren Weltraumteleskop der NASA, das drei Jahrzehnte brauchte, um den Weltraum zu erreichen – zur Erde zurückgeschickt wurden, waren unscharf.
Im Juni 1990 gab die NASA die Entdeckung einer sphärischen Aberration auf dem Hubble-Hauptspiegel bekannt, die auf einen 2-Mikrometer-Fehler in der Krümmung des Hauptspiegels des Teleskops zurückzuführen ist – etwa 1/50 der Breite eines menschlichen Haares. Obwohl der Fehler klein war, machte er das Teleskop für die Astronomen weitgehend unbrauchbar. Glücklicherweise wurde Hubble so konstruiert, dass man es warten kann, und die besten Köpfe der NASA nahmen sich der Aufgabe an.
Die Hubble-Ingenieure haben das Teleskop so konzipiert, dass es aufgerüstet werden kann. Sein großes Gehäuse verfügt über Handläufe für die Wartung durch Astronauten und modulare Komponenten, die eine Aufrüstung im Zuge der technologischen Entwicklung ermöglichen. So konnte die NASA Reparaturen entwerfen und planen, um Hubble nach seinem katastrophalen Start wieder in Betrieb zu nehmen.
Die STS-61-Astronauten an Bord von Endeavor verbrachten während der ersten Hubble-Wartungsmission (SM1) mehr als 35 Stunden bei insgesamt fünf Weltraumspaziergängen oder EVAs (extravehicular activity) im Laufe von ebenso vielen Tagen, um die geplanten Upgrades durchzuführen. Sie installierten die Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR)-Einheit anstelle des HSP – so als ob Hubble eine neue Brille bekäme, um seine unscharfe Sicht zu verbessern. Der WFPC wurde durch den WFPC2 ersetzt, der über eine interne Korrekturoptik verfügte, und Hubbles Solar-Arrays und Gyroskope wurden aufgerüstet, um die Nachführfähigkeit des Teleskops zu verbessern.
Mit der SM1-Mission wurde Hubble wieder betriebsbereit gemacht, und es entstand eines der berühmtesten Bilder des Teleskops.
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NASA-Astronaut Story Musgrave bewegt sich im Frachtraum der Raumfähre Endeavour während der Entfaltung der Solarpaneele des Hubble-Weltraumteleskops während des letzten von fünf Weltraumspaziergängen der STS-61 am 9. Dezember 1993. (Bildnachweis: NASA)
Die zweite Hubble-Wartungsmission, SM2, war weniger auf Reparaturen ausgerichtet als auf das, was die Ingenieure beabsichtigt hatten, als sie das Teleskop so konstruierten, dass es gewartet werden konnte: Aufrüstungen und Leistungssteigerungen.
Die Discovery startete im Februar 1997 mit STS-82 und brachte zwei neue Instrumente für Hubble mit. Der Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) und die Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) ersetzten die Hubble-Instrumente GHRS und FOS. Durch den Tausch wurde der Blickwinkel des Teleskops auf Wellenlängen im nahen Infrarot erweitert. Im Rahmen der Mission wurden auch einige der defekten Datenaufzeichnungsgeräte von Hubble sowie einige andere sekundäre Geräte ausgetauscht.
Was ursprünglich im Juni 2000 als Wartungsmission 3 (SM3) geplant war, wurde in zwei Missionen aufgeteilt: Für die Raumfähre Discovery wurde eine Notmission SM3A geschaffen, und STS-102 wurde in die Startliste für Dezember 1999 aufgenommen.
Viele der Weltraumspaziergänge der Mission dauerten mehr als acht Stunden und gehören damit zu den längsten EVAs in der Geschichte des Shuttles. Die NASA-Astronauten Steven Smith und John Grunsfeld tauschten während dieser langen Aufenthalte an den Hubble-Handläufen alle sechs Gyroskope in den Rate Sensor Unites (RSUs) des Teleskops aus und installierten einen neuen Sender und Datenrekorder.
Während einer anderen EVA tauschten die NASA-Astronauten Michael Foale und Claude Nicollier den Hubble-Hauptrechner aus und steigerten seine Verarbeitungsgeschwindigkeit um fast das 20-fache. Sie verbesserten auch die Feinsteuerungssensoren von Hubble.
Das ACS von Hubble ersetzte das veraltete FOC und bot im Vergleich zu seinem Vorgänger die zehnfache Abbildungsleistung. Die Astronauten auf SM3B hatten auch die Aufgabe, die Sonnensegel von Hubble zu ersetzen, die durch jahrelange Strahlung und Trümmer abgenutzt worden waren.
Die neuen Solaranlagen von Hubble sind zwar kleiner, liefern aber zwischen 20 und 30 % mehr Energie. Sie ersetzten auch die Power Control Unit (PCU) von Hubble und fügten ein neues Kühlsystem hinzu, um die Lebensdauer von NICMOS zu verlängern.
Die Raumfähre Atlantis startete am 11. Mai 2009 mit zwei neuen Instrumenten für das Weltraumteleskop: dem Cosmic Origins Spectrograph (COS) und der Wide Field Camera 3 (WFC3).
Als die Astronauten das FOC während SM3B ersetzten, wurde das COSTAR-Instrument, das als Hubbles Brille diente, überflüssig. COS ersetzte COSTAR während SM4 und wurde eine Ergänzung zu STIS. Wo COS bei der Erkennung des ultravioletten Spektrums versagt, kann STIS von ultravioletten Wellenlängen über optisches Licht bis hin zum nahen Infrarot Licht auffangen. Den Astronauten gelang es auch, STIS zu reparieren, das seit August 2004 nicht mehr funktionsfähig war, als ein Ausfall der Stromversorgung es in den „sicheren Modus“ schickte.
Einige der berühmtesten Bilder von Hubble, darunter das Hubble Ultra Deep Field, sind auf das ACS zurückzuführen. Im Jahr 2007 kam es jedoch auch hier zu einem elektrischen Ausfall. Die Abhilfemaßnahmen für STIS und ACS ähnelten sich in den Aufgaben, die die Astronauten für die Reparaturen durchführen mussten, aber sie unterschieden sich stark davon, wie und wo die Ingenieure die Wartungsarbeiten an Hubble durchführen wollten.
Die NASA-Astronauten – darunter John Grunsfeld, der bereits an drei Hubble-Wartungsmissionen teilgenommen hatte – trainierten zwei Jahre lang, um die Werkzeuge, Strategien und Techniken zu entwickeln, die sie benötigen würden, um das Weltraumteleskop zum letzten Mal erfolgreich zu reparieren.
In den mehr als anderthalb Jahrzehnten, die seit dem letzten Besuch von Astronauten in Hubble vergangen sind, hat das Teleskop immer wieder erstaunliche Einblicke in den Kosmos gewährt, aber sein Betrieb war nicht ohne Probleme. Mit zunehmendem Alter von Hubble haben die Missionsmanager der NASA ihre Betriebsvorgaben verschärft und Strategien entwickelt, um den Betrieb des Observatoriums trotz verschiedener Probleme aufrechtzuerhalten.
Als die neuen Kreisel, die während der Wartungsmissionen installiert wurden, alterten und ausfielen, bauten die Techniker tiefere Spannen in die Parameter der Komponenten ein. Heute verfügt das Teleskop über zwei funktionierende Kreisel und wurde auf einen Einkreiselmodus umgestellt, um den anderen als Backup zu erhalten. Dies schränkt einige der wissenschaftlichen Erkenntnisse und Beobachtungen von Hubble ein, ermöglicht es dem berühmten Teleskop jedoch, weiterhin die Geheimnisse des Universums zu erforschen.
Die NASA hofft, dass die neuen Betriebsparameter die Lebensdauer von Hubble bis in die 2030er Jahre verlängern werden. Das wird jedoch wahrscheinlich das Ende des Weges für das Teleskop sein, ob mit oder ohne funktionierende Instrumente. Ohne eine Höhenerhöhung durch eine besuchende Raumsonde wird Hubble in eine immer niedrigere Umlaufbahn eintauchen und schließlich Mitte der 2030er Jahre in der Erdatmosphäre verglühen.
