Pripreme za shuttleovu misiju tijekom koje će biti popravljen i poboljšan Svemirski teleskop Hubble, a koja bi trebala biti obavljena koncem 2007. ili početkom 2008. g, zahuktavaju se dok inženjeri razrađuju pojedinosti leta koji će uključivati pet svemirskih šetnji i koji je zamišljen tako da slavni opservatorij održi na životu najmanje do 2013. g.

Servisna misija 4, koju je prethodni ravnatelj NASA-e Sean O'Keefe otkazao u siječnju 2004. g, trebala bi ponovo biti oživljena od strane sadašnjeg ravnatelja Mikea Griffina, uz uvjet da sljedeća misija shuttlea, STS-121, prođe glatko, te da analize koje su sada u tijeku pokažu da se let može obaviti u razmjernoj sigurnosti.

"Po mome mišljenju, space shuttle ne može u samo jednoj misiji biti iskorišten za nešto vrijednije od servisa Hubblea", kazao je Griffin u jednom nedavnom razgovoru. "Kako je servis Hubblea nešto što jedino shuttle može obaviti i kako je riječ o samo jednom letu, mislim da je za agenciju jako važno razriješiti sve tehničke poteškoće koje stoje na putu toj misiji."

To će ovisiti o tome mogu li inženjeri riješiti problem otpadanja (izolacijske) pjene koji je prizemljio flotu nakon misije Discoveryja prošlog srpnja, kao i o tome mogu li planeri shuttleovih misija smisliti način na koji bi bilo moguće provesti temeljiti pregled pločica shuttleovog toplinskog štita bez pomoći svemirske postaje.

To će ovisiti i o tome u kojoj će mjeri NASA biti spremna lansirati posadu opremljenu tek rudimantranim tehnikama popravka toplinskog štita, bez praktičnog načina za slanje spasilačke misije.

Hubble i postaje obilaze oko kugle zemaljske različitim orbitama, pa posada koja bi bila poslana do teleskopa ne bi mogla rabiti postaju (i njenu posadu) za pregled i popravke ili kao sigurno utočište u slučaju (uočavanja) nekog velikog oštećenja koje bi moglo ugroziti siguran povratak u atmosferu.

No inženjeri su uvjereni da bi "Hubbleova" posada mogla sama provesti inspekciju, koristeći shuttleovu robotsku ruku i instrumente postavljene na kraj dugačkog krana (koji je produžetak ruke). Oni također vjeruju i da će problem s otpadanjem pjene biti riješen. Usto je Grifin - nasuprot prvotnim tumačenjima ključne preporuke Povjerenstva za istragu nesreće shuttlea Columbia - kazao kako odobrenje tehinika za popravak pločica toplinskog štita i ploča od ojačanog ugljik-ugljika na napadnim rubovima krila, neće biti nužno za let prema Hubbleu.

"Mi sigurno nećemo provjerenu sposobnost popravka postavljati kao uvjet za let shuttleom do Hubblea ili za bilo što drugo", kazao je on za CBS News. "Duh preporuke (Povjerenstva) bio je taj da bismo tehnike popravka suttleovih pločica trebali razvijati koliko je god to moguće. A mi smo već potrošili puno puno milijuna dolara. Rekao bi da smo na popravak shuttleovih pločica već potrošili desetke i stotine milijuna dolara.

Moramo biti iskreni i reći kako još nismo svladali te tehnike. Nije svaka preporuka koje je Povjerenstvo iznijelo uistinu ostvariva. To je donekle nalik kao da mi kažete da budem pametniji: to je lako reći, ali provesti to u djelo je puno teže.

I tako, mi - NASA i zajednica poduzeća koji s njom surađuju - još nismo bili u stanju razviti tehnologiju kojom bi se moglo djelotvorno popravljati pločice", nastavio je Griffin. "Imamo neke kandidate za takvu tehnologiju, koji obećavaju, ali još ne možemo reći da smo stigli na odredište. Stoga ćemo nastaviti davati sve od sebe, no to ne može biti uvjet za letenje shuttleom, jer onda nikada ne bismo poletjeli."

Umjesto toga, "Hubbleovi" astronauti će raspolagati materijalima i postupcima za popravak koji će postojati u tome trenutku, tehnikama koje će biti dostatne da se izađe na kraj s posljedicama manjih udara pjene ili nekih drugih krhotina. Inženjeri ne očekuju da će razviti neki uporabljivi postupak za popravak velikog oštećenja kakvo je postojalo na krilu Columbije.

Ishod toga jest to da će u slučaju velikog oštećenja astronauti koji budu posjećivali svemirsku postaju imati više izgleda za preživljavanje. Postaja će u budućnosti, kako bude rasla, u sve većoj mjeri moći podržavati "nasukane" posade, dok ne bude lansirana spasilačka misija.

Wayne Hale, voditelj programa shuttlea u Svemirskom centru Johnson, kaže kako NASA vjerojatno neće biti u mogućnosti lansirati spasilačku misiju prema "nasukanoj" posadi "Hubbleove" misije, čak i ako drugi shuttle bude spreman za polazak. Tako je stoga što jedno od dva postolja kojima agencija raspolaže za lansiranje shuttleova, do vremena Hubbleove misije više neće biti djelatno - bilo da će biti konzervirano radi uštede novca, bilo da će biti podvrgnuto promjenama kako bi s njega bilo moguće lansirati novi tip letjelice (Crew Exploration Vehicle). A bez drugog postolja, ne bi bilo dovoljno vremena da se drugi shuttle doveze do preostalog postolja, te da ga se lansira prije negoli "Hubbleova" posada ostane bez ključnih potrepština. (To ionako nema puno veze, jer dva shuttlea ne mogu pristati jedan uz drugog. Astronauti bi se eventualno mogli prebaciti iz jedne letjelice u drugu u svemirskim odijelima. Prim. prev.)

Tako ne mora nužno biti i za posade koje idu prema postaji. Kada je prošlog srpnja poletio Discovery, postaja je raspolagala s dovoljno materijala da dvije posade održi na životu oko šest tjedana. Drugi shuttle je bio spreman za lansiranje, pa je - da se pojavila potreba za tim - on mogao biti lansiran na vrijeme za siguran povratak "nasukane" posade. (I to je vrlo diskutabilno. Drugi shuttle neće biti spreman za lansiranje u redovnu misiju najmanje do srpnja 2006. g! Prim. prev.)

NASA ne može držati drugi shuttle spremnim za lansiranje duže od dvije misije. Ali do vremena kada bi trebala biti lansirana servisna misija Hubblea, postaja bi trebala biti u mogućnosti podržavati posade u rasponu od 60 do 90 dana, što je dovoljno vremena da spasilački shuttle bude lansiran čak i s jednim djelatnim postoljem.

"Bude li nam stajalo na raspolaganju 90 ili više dana, bit ćemo na konju do kraja programa", kazao je Hale. "Isprva, dok to vrijeme bude bliže 60 dana, mogli bismo imati manjih poteškoća."

Dakle, Hale drži kako letovi prema postaji nude više mogućnosti za spašavanje posade oštećenog shuttlea, negoli drugi letovi, poput Servisne misije 4. Čak i tako, Hale bi podržao let prema Hubbleu ako tijekom narednih letova ne bude otpadala pjena.

"Ono čime bih ja bio u osnovi zadovoljan, jest to da stanemo na kraj otpadanju pjene sa spremnika", kazao je Hale u telefonskom intervjuu. "Hoću reći, to je zbilja ključno u svemu. Kada bih znao da smo znatno smanjili rizik koji bi mogao dovesti do potrebe ili za popravkom ili za spasilačkom misijom, bio bih miran i ako bismo lansirali s ograničenim mogućnostima popravka. Stoga ćemo, kada obavimo i 10. let koji je sada pred nama, morati dosegnuti točku na kojoj ćemo biti prilično sigurni da smo konačno sredili taj problem sa stvaranjem krša pri uzlijetanju. Ili vjerojatno uopće nećemo letjeti."

To znači, da ako sljedeći let shuttlea prođe bez većeg gubitka pjene, "mislim da možemo ozbiljno početi raditi na servisu Hubblea", kazao je Hale.

No konačna odluka će biti na Griffinu.

"Ne radi se zapravo toliko o otpadanju pjene, premda se izvjesno moramo uvjeriti i u to da su naša rješenja stavila taj problem pod kontrolu", kazao je ravnatelj. "Radi se i o sastavljanju rasporeda pregleda toplinskog štita za posadu.

Imajte na umu, da tijekom 'Hubbleovog' leta nećemo na raspolaganju imati posadu postaje za pregled pločica (na shuttleovom trbuhu). To znači da će shuttleova posada sama morati koristiti kameru na kraju ruke i obavljati slične postupke. Mi se stoga moramo uvjeriti da će posada shuttlea biti u stanju sama obaviti sve zadatke, te još usto i pregledati letjelicu u skladu s novim naputcima o sigurnosti leta."

U međuvremenu, Hubbleovi inženjeri u Centru za svemirske letove Goddard u Greenbeltu namjeravaju se koncem ovog mjeseca sastati sa svojim kolegama u Svemirskom centru Johnson u Houstonu, kako bi razmotrili let do pojedinosti. Koncem siječnja ili početkom veljače, i astronauti će započeti s radom na scenarijima svemirskih šetnji, koristeći će divovskim bazenom u kojemu se simulira bestežinsko stanje.

"Željeli bismo donijeti odluku (za izvršenje SM-4) nakon što obavimo sljedeći let", kazao je Griffin. "Mi mislimo da ćemo tada imati sve dijelove na njihovim mjestima, te da će taj let biti posljednji dio. Imajte na umu, mi već radimo na toj misiji i mislim da sam to jednom opisao kao 'ulaganje na neviđeno'. (Griffin je uporabio jedan pokeraški izraz. Prim. prev.) U ovoj smo godini dobili od Kongresa uputu da na servisnu misiju Hubblea potrošimo do 291 milijun dolara, pa u Goddardu imam ljude koje rade na toj misiji otkako sam stupio na dužnost, a nastavit će s tim poslom i u 2006. g.

Kongres je odlučio riskirati dio nacionalnog novca uz uvjet da mi budemo tehnički u stanju obaviti let do Hubblea", nastavio je on. "I ja to podržavam, hoću reći, rekao sam da u potpunosti podržavam njihovu odluku, upravo stoga što moramo započeti s pripremama... želimo li obaviti tu misiju zaključno s početkom 2008. g."

Trenutni planirani datum lansiranja je u prosincu 2007. g. U posljednjem internom manifestu letova shuttlea, u kojem je popisano 18 letova do svemirske postaje, nakon čega će 2010. g. uslijediti umirovljenje flote, SM-4 - jedina predviđena misija koja neće biti upućena prema postaji - zabilježena je kao 10. let u nizu.

"Da smo čekali dok STS-121 ne bude okončana, pa da tek onda počnemo makar razgovarati o servisu Hubblea, završili bismo potopljeni velikim valom integracijskih poslova", kazao je Chuck Shaw, ravnatelj SM-4 u Svemirskom centru Johnson. "Stoga smo već započeli taj integracijski posao kako bi Mike, po završetku 121-ice, mogao i službeno objaviti da se vraćamo letenju i da smo u dovoljnoj mjeri sigurni u sebe da možemo uključiti i servisnu misiju STH-a."

Ambiciozni ciljevi servisne misije

Kada je Columbia poletjela 16. siječnja 2003. g, Servisna misija 4 bila je predviđena za početak 2005. g. Najvažniji ciljevi toga leta bili su instalacija dvaju novih znanstvenih instrumenata, te zamjena baterija opservatorija i postavljanje novih žiroskopa.

O'Keefejevo otkazivanje SM-4 u siječnju 2004. g. temeljilo se na uvjerenju da su letovi koji neće biti upućeni prema postaji preopasni. Ta je odluka izazvala oluju prosvjeda, pa je NASA počela razmatrati izvedivost robotske servisne misije.

Ciljevi takve misije bez ljudske posade uključivali bi spajanje pogonskog modula na Hubblea, koji bi mogao teleskop, po okončanju njegova radnog vijeka, na siguran način baciti u atmosferu, u željeno vrijeme i na željeno mjesto. Ali takav je robotski let na koncu ocijenjen tehnički isuviše neizvjesnim i preskupim. Griffin je podržavao servisnu misiju shuttleom otkako je došao na mjesto ravnatelja NASA-e, prošlog travnja.

Uz neke razmjerno male iznimke, trenutni ciljevi misije su praktično neizmijenjeni otkako ju je O'Keefe otkazao:

- Instalacija Širokopoljne kamere 3 (WFC3, umjesto sadašnje WFPC2), koja bi visokom razlučivošću pokrivala optičko područje spektra, od bliskoinfracrvenih do ultraljubičastih zraka.

- Instalacija šest novih nikal-vodičnih baterija, umjesto akumulatora koji su lansirani s Hubbleom još 1990. g.

- Instalacija triju novih jedinica za praćenje pomaka, tzv. RSU-ova, od kojih svaki sadrži po dva žiroskopa. Time bi sustav usmjeravanja teleskopa bio popunjen svim djelatnim i pričuvnim uređajima.

- Postavljanje obnovljenog senzora za navođenje (FGS), jednog od triju korištenih za za ciljanje i praćenje nebeskih objekata (dva od triju Hubbleovih senzora pokazuju znake degradacije). Obnovljeni FGS, skinut s Hubblea rijekom servisne misije 1999. g, zamijenit će FGS-2R, koji ima poteškoća s jednim LED senzorom u podsustavu za izbor zvijezda.

- Postavljanje novog pokrovnog sloja - NOBL-a - izolacije, kako bi se zamijenile degradirane ploče. (U ESA-inom rječniku se kaže kako će NOBL biti stavljen preko tih degradiranih ploča, bez njihova uklanjanja. Prim. prev.)

Povezna jedinica za obradu podataka, koja bi omogućila kontrolorima leta prebacivanje na pomoćne računalne podsustave bez prebacivanja svih računalnih podsustava u njihove pričuvne režime, izbačena je iz misije. Inženjeri još raspravljaju bi li u nju uključili i rashladni sustav za krmeni pokrov, uređaj zamišljen da snižava temperaturu u odjeljku opservatorija koji sadržava instrumente, kako bi se povećala djelotvornost detektorâ. Oni također razmatraju i postupak popravka kojim bi mogli vratiti u djelatno stanje STIS. Taj je instrument isključen 2004. g, kada je zakazao jedan uređaj za napajanje. Sada se čini da bi ugradnja jedne jedine elektroničke "kartice" mogla vratiti u život jedan od dvaju pričuvnih sustava toga instrumenta.

"Mi u ovom času vjerujemo da je posve moguće obaviti to, a sagledali smo sve aspekte popravka", kaže Preston Burch, voditelj Hubbleovog programa u Goddardu. No, dodaje on: "Na to zbilja treba gledati kao na neku vrstu pokusa."

NASA ne namjerava lansirati i pogonski modul. Inženjeri vjeruju da će opservatorij ostati u orbiti barem do 2020. g, a možda i duže od toga. Pogonski modul stoga neće biti potreban još više od desetljeća.

"Stvar je prilično jasna", kazao je Griffin. "Ako neće ući u atmoferu prije 2020. g, a i tada samo u najgorem slučaju, onda nemam namjeru sada trošiti novac na to."

Ali Goddardov tim razmatra dodavanje i jedne sofisticirane spojke na krmeni dio Hubbleove oplate, kako bi budućim astronautima, ili čak nekoj robotskoj letjelici, bilo lakše priključiti pogonski modul, kada se za njih ukaže potreba.

"Dok smo gore, za još koji dolar bismo mogli staviti taj dio na stražnji dio Hubblea, kao i neke pomoćne navigacijske dodatke koji će sljedeću posjetu (ljudi ili robota) učiniti puno lakšom", kazao je Burch. "Mogli bismo učiniti takvo što, ali još nismo o tome donijeli konačnu odluku, a treba nam i suglasnost uprave."

Za produžetak Hubbleovog života potrebne su svježe baterije i žiroskopi

Sa operativnog stajališta, dva najveća problema s kojima je suočen Hubble jesu njegove baterije i žiroskopi. Ti žiroskopi, koji pomažu Hubbleu okretati se i ciljati, ograničavaju količinu znanstvenih promatranja koja je moguće obaviti. Ali baterije, koji nikada nisu zamjenjivane, ograničavajući su čimbenik kada je riječ o jednostavnom održavanju teleskopa u životu.

Kada je Hubble 1990. g. bio lansiran, njegove baterije predstavljale su zadnju riječ tehnike i davale su 540 Ah kako bi teleskop mogao biti grijan i kako bi njegovi instrumenti, računala i komunikacijski sustavi mogli raditi i tijekom orbitalne tmine. Baterije su punjene tijekom dnevnog dijela svake od orbita.

Baterije trenutno daju oko 300 Ah, a jedan test proveden 2004. g. pokazao je da im se kapacitet smanjuje prosječno oko 6,3 Ah godišnje po bateriji.

"Kako bismo mogli izdržati orbitalnu noć, potrebno nam je ukupno 40 Ah za cijeli sustav", kazao je te godine Burch u jednom razgovoru. "No, to znači da bismo iz orbitalne noći izlazili prazni, što znači da treba imati i neku pričuvu. To je nalik letenju avionom. Nećete napuniti spremnike s upravo onoliko goriva koje vam treba za stizanje do odredišta. Uzet ćete malo više.

Stoga smo sebi postavili granicu od minimalno 110 Ah. Tako bismo imali cijelu jednu orbitu da izađemo na kraj s kakvim krupnim kvarom sustava i uđemo u sigurnosni režim ili nešto slično tome."

Hubble ne može preživjeti bez struje. Nakon nekoliko dana bez električne energije, niske temperature bi olabavile titanske spone, pa bi se elementi optičkog sustava pomaknuli iz svoga položaja nužnog za ispravan rad. Prošle su godine inženjeri bili uvjereni da će Hubble dosegnuti kapacitet od 110Ah koncem 2008. g. ili 2009. g.

"Sada smo tu granicu pomaknuli na temelju novih podataka koje smo prikupili", kazao je Burch u intervjuu ovog studenog. "Naša najbolja procjena u ovom času jest ta da imamo vremena do sredine 2010. g, što nam ostavlja četiri i pol godine da dođemo gore."

Inženjeri su "kupili" dodatno vrijeme promijenivši način na koji se baterije pune.

"Sada s njima postupamo drugačije", rekao je Burch. "Kada izađemo iz orbitalne noći, ne punimo ih onako žestoko kao što smo to činili ranije. Ako hoćete, možemo reći da smo promijenili tehniku punjena, pa vjerujemo da ćemo pozitivno utjecati na stopu gubitka kapaciteta baterija. Držimo kako je sredina 2010. g. razumna granica. Baterije bi mogle trajati i duže od toga, ali prilično smo sigurni da će izdržati do sredine 2010. g."

Hubbleovi žiroskopi su još jedan ozbiljni problem. U teleskop su ugrađeni pričuvni žiroskopi: on ih ima šest, a samo su tri potrebna za znanstvene operacije. Ali žiroksopi 3 i 5 su otkazali, a onaj s brojem 6 pokazuje simptome problema koji će na koncu i njega izbaciti iz stroja. Prema povijesti njihovih kvarova, inženjeri vjeruju kako vjerojatnost da će Hubble izgubiti još dva žiroskopa u prvoj polovici 2006. g. iznosi 50 posto.

Kako bi poboljšali izglede, inženjeri su razvili složene računalne tehnike zahvaljujući kojima će biti moguće nastaviti znanstvena promatranja korištenjem samo dvaju ispravnih žiroskopa, Hubbleovog magnetskih senzora, kamerâ za praćenje zvijezda i senzora za fino navođenje. Ta se nova kontrolna tehnika koristi od 29. kolovoza.

"Uspješno smo primijenili taj režim znanstvenih promatranja s dva žiroskopa i on jako dobro radi", kazao je Burch. "Letimo s dva žiroskopa, broj 1 i 2. Žiroskop 4 smo isključili. Brojevi 3 i 5 su otkazali, a 4 i 6 su isključeni, u pričuvi. Budemo li morali, moći ćemo koristi i njih."

Goddardov tim je isprva smatrao da će režim kontrole s dva žiroskopa ograničiti Hubbleova promatranja na 70% onoga što se obavljalo s tri žiroskopa.

"Mislim da zapravo uspijevamo postići malo više od toga", kazao je Burch. "U pogledu opservacijske djelotvornosti, izgubili smo samo nekoliko postotaka. Znači, stvar dobro funkcionira. A što se tiče točnosti ciljanja teleskopa, ona se uopće ne može razlikovati od one koju smo postizali s tri žiroskopa.

Trenutno predviđamo da ćemo na dva žiroskopa moći obavljati znanstvena promatranja do sredine 2008. g. To znači da vjerojatnost da ćemo do sredine 2008. g. izgubiti i peti žiroskop - što bi okončalo naša promatranja s dva žiroskopa - iznosi oko 50 posto. Stoga smo se uhvatili i pripreme režima za znanstvena promatranja sa samo jednim žiroskopom. On je u fazi procjene i razvoja. Bit će prilično sličan režimu s dva žiroskopa, samo što će koristiti dva senzora za fino navođenje i jedan žiroskop, umjesto dva žiroskopa i jedan senzor za fino navođenje."

Ali režim kontrole s jednim žiroskopom bi izazvao "znatno veći utjecaj na predvidljivost vremena opservacija", rekao je Burch. "To trenutno procjenjujemo: koliko će takav režim biti blag prema obavljanju znanstvenih zadataka."

Inače, Hubbleova računala i nove sunčeve ćelije, ugrađene tijekom servisne misije 2002. g, rade besprijekorno. Zapravo, ti solarni paneli proizvode više struje no što je Hubbleu potrebno uz novi postupak punjenja. Senzor za fino navođenje br. 3, koji radi od Hubbleovog lansiranja 1990. g, ima problema s ležajevima u jednom servo-podsustavu. Premda to u ovom trenutku ne stvara poteškoće, tim u kotroli postupa s njime "kao s malim djetetom", kako se izrazio Burch.

Bude li SM-4 lansirana i budu li nove baterije i žiroskopi uspješno instalirani, Hubble će, prema Burchu, moći obavljati znanstvena promatranja još barem pet godina.

"To je ono za što se pripremamo", kazao je on. "Mislim kako postoje dobri izgledi da izdržimo i više od pet godina, ali naš nominalni kraj misije će biti pet godina od dana servisne misije."

Ovisno o tome kada će SM-4 biti lansirana, "kraj Hubbleovog života trebao bi uslijediti koncem 2012. g. ili negdje tijekom 2013. g."

Servisne misije su ključ Hubbleovog uspjeha

NASA je još 1973. g. započela planirati izgradnju velikog svemirskog teleskopa. Projekt STH-a odobren je 1977. g, njegovo primarno zrcalo široko 240 cm dovršeno je 1981. g, prvi sklop znanstvenih instrumenata isporučen je 1983. g, a sam teleskop dovršen je 1985. g. U tome je trenutku lansiranje bilo predviđeno za jesen 1986. g.

No, let je na koncu odgođen do 1990. g. zbog nesreće Challengera, 28. siječnja 1986. g. Potom su znanstvenici - ubrzo nakon što je teleskop konačno 1990. g. stigao u orbitu - bili obeshrabreni otkrićem sferne aberacije primarnog zrcala.

Zbog jednog previda tijekom testiranja zrcala, vanjski rub udubljenog zrcala bio je preplitak za dva mikrona - djelić debljine ljudske vlasi. Ali to je bilo dovoljno da se svjetlo odraženo iz vanjskih dijelova zrcale ne fokusira u istoj točki i kao i svjetlo iz unutarnjih dijelova.

Ništa se nije moglo učiniti da se primarno zrcalo popravi. Ali inženjeri su ubrzo smislili način na koji se moglo poništiti zamućenost koju je ono izazivalo. Tijekom servisne misije 1993. g, astronauti su tijekom svemirske šetnje ugradili WFPC2, s ugrađenom korektivnom optikom, te uređaj COSTAR koji je ispravljeni snop svjetla upućivao prema drugim Hubbleovim instrumentima.

Otada je Svemirski teleskop Hubble postao međunarodnom ikonom znanosti, jedan od najproduktivnijih astronomskih opservatorija ikada izgrađenih i "admiralski brod" NASA-ine flote za istraživanje svemira.

Ta daljinski upravljana svemirska letjelica pomogla je astronomima potvrditi postojanje crnih jama, procijeniti pravu starost svemira i uočiti slabašno svjetlucanje zvijezda u galaktikama rođenima za manje od milijardu godina nakon nastanka kozmosa u velikom prasku.

Njegove spektakularne fotografije iscrtale su zapanjujućom iscrpnošću životne cikluse dalekih sunaca, pružajući prikaze zvjezdanih jaslica i eksplozivnih okončanja stelarnih razvojnih putova kakvima nema ravna.

On je popisao mnoštvo novorođenih solarnih sustava u kojima nastaju planeti, ali i načinio slike vanjskih planeta Sunčevog sustava koje se mogu mjeriti s onima načinjenima svemirskim letjelicama koje su proletjele mimo tih planeta. Hubble je rutinski bilježio uobičajene pojave poput prašinskih oluja na Marsu, ali i udar kometa u divovski Jupiter, kakav se događa "jednom u životu".

U novije je vrijeme Hubble bacio svjetlo na razvojni put i konačnu sudbinu svemira, i to tako da je izmjerio svjetlo iz drevnih supernova kako bi pomogao potvrditi da se širenje svemira ubrzava, a ne usporava kako se prije mislilo.

Na površini Zemlje postoji više od 40 teleskopa sa zrcalima većim od Hubbleovog razmjerno skromnog primarnog ogledala od 240 cm, a još ih je puno u gradnji. Ali svemirski teleskop ostaje zasebna klasa, zahvaljujući svome položaju visoko iznad Zemljine nemirne i zamračujuće atmosfere, te povremenim servisima i poboljšavanjima njegovih instrumenata pomoću space shuttlea.

"Ono što se pamti u vezi tih Hubbleovih servisnih misija jest to da one nisu za sobom ostavljale tek mrzovoljnog pacijenta, ovisnog o uređajima za održavanje života", kaže Bruce Margon, pridruženi ravnatelj za znanstvena istraživanja pri STScI-u u Baltimoreu. "Kada stavite u Hubblea nove znanstvene instrumente, vi dobijete ne samo posve novi, već i puno bolji opservatorij. A kada pogledate naš graf otkrića, zasnovan na broju znanstvenih radnji u godini dana, vidite da krivulja raste iz godine u godinu, bez iznimke. U 15 godina od lansiranja, svaka godina je rezultirala s više izvještaja o otkrićima od prethodne!

Uzrok tome nije to što su znanstvenici koji koriste Hubblea postali pametniji - riječ je o servisiranju. To je pravi razlog, budući je Hubble nakon svakog servisa ne samo bio spreman za duži radni vijek, već je postajao i za red veličine sposobnijim, kao da se radi o posve novom naraštaju satelita. Dva nova instrumenta koja bi trebala biti ugrađena tijekom SM-4, vjerojatno bi učinila isto to. To je prilično izvjesno."

Servisna misija 2, lansirana 1997. g, dala je Hubbleu dva nova instrumenta - STIS i NICMOS - zajedno s popravljenim senzorom za fino navođenje, poboljšanom elektronikom, snimačem podataka "krutog stanja", jednim inercijskim kotačem, elektronikom za upravljanje sunčevim panelima i jedinicom za prijenos podataka.

Zbog otkazivanja žiroskopa, Servisna misija 3 razdvojena je u dva leta, SM-3A i SM-3B. Tijekom SM-3A 1999. g, astronauti shuttlea postavili su šest novih žiroskopa, šest uređaja za kontrolu napona i temperature baterija, brže računalo, još jedan snimač podataka "krutog stanja", novi radio-odašiljač i poboljšani senzor za fino navođenje, te izolaciju.

NASA-ina četvrta servisna misija, SM-3B lansirana je ožujka 2002. g. Tijekom toga leta, astronauti su ugradili ACS-u, dva nova solarna panela, razvodnik električne struje i inovativni "kriohladnjak", sofisticirani uređaj koji je omogućio ponovno korištenje NICMOS-a nakon što je njegovo rashladno tijelo bilo potrošeno.

SM-4 će biti posljednja servisna misija Hubblea, jedan od najzahtjevnijih letova u predloženom manifestu. Jedan od glavnih ciljeva budućih inženjerskih procjena bit će utvrđivanje točnog sljeda zadataka svemirskih šetnji (EVA), a na osnovu pokusa u Laboratoriju neutralnog uzgona (tj. u bazenu), u Centru Johnson. Evo kako su u ovom času zamišljene EVA-e:

EVA-1: Instalacija triju jedinica za praćenje pomaka (šest žiroskopa) i jedan baterijski modul (tri baterije)
EVA-2: Instalacija WFC3 (Wide Field Camera 3) i drugog baterijskog modula
EVA-3: Instalacija COS-a (Cosmic Origins Spectrograph) i (možda) krmenog rashladnog sustava
EVA-4: Instalacija popravljenog senzora za fino navođenje (koji je bio uklonjen tijekom servisne msiije 1999. g.) i (možda) prvi dio popravka STIS-a
EVA-5: Drugi dio popravka STIS-a, dovršenje eventualno zaostalih poslova oko postavljanja krmenog rashladnog sustava; postavljanje novog sloja izolacije.

"Svi se ti zadaci na neki način dijele u dvije glavne skupine", kaže Shaw. "Jedni su oni koji produžavaju život Hubbleu, a drugi unaprijeđuju njegove promatračke sposobnosti. Produžavanje života je naravno najvažnije, kako bi cijeli uređaj nastavio raditi. Prvo ćemo obaviti te zadatke, a onda ćemo se prihvatiti poboljšavanje ‘znanosti'. Novi uređaji će unaprijediti promatračke mogućnosti teleskopa u odnosu na ove kojima on raspolaže danas."

Planiranje usložnjava i činjenica da vodstvo misije treba uskladiti ostvarivanje ciljeva misije s vremenom potrebnim za pregled shuttleovog toplinskog štita nakon ulaska u orbitu i posljedica koje bi mogli imati potencijalni popravci oštećenja.

Taj tim sada traži načina "kako posložiti šetnje da sve bude tako poredano da se novi zadaci još uvijek mogu bezbolno umetati", kazao je Shaw. "Sve EVA-e su već krcate. Sve najvažnije stvari bit će obavljane tijekom leta u vremenskim okvirima koji zapravo neće dolaziti u sukob s inspekcijom ili popravkom."

Uz svoje zadatke oko servisa Hubblea, Shaw priprema i tzv. "zemljovid inspekcija i popravaka", koji će vrijediti i za misije do postaje.

"Snažno sam motiviran", kazao je. "Neko vrijeme vršite pregled, a potom morate proanalizirati podatke koje ste dobiti takvom inspekcijom prije negoli odlučite što učiniti. I tijekom tih razdoblja intenzivnog analiziranja, želimo vrijeme iskoristiti za poslove koji bi dolazili u sukob sa šetnjama radi dodatnih pregleda ili čak radi nekih manjih popravaka."

Vrijeme šetnji koje mogu biti obavljene iz space shuttlea je ograničeno, pa je "osnovna zamisao ta da isplaniramo prilike za vršenje pregleda i/ili popravaka umjesto manje važnih aktivnosti koje mogu biti odgođene.

Kada imate pet šetnji jednu za drugom, raspored mora biti tijesno posložen", kazao je Shaw. "Stoga ne želite juriti kao bez glave ako to ne morate. Vrijeme predviđeno za preglede i popravke nastojimo držati rezerviranim, kako bismo imali kada obaviti i druge aktivnosti - to je naša strategija. Zapravo, to nam je strategija i kada su u pitanju letovi prema postaji.

Na koncu, on je kazao: "Prije Hubbleove misije morat ćemo sjesti, pogledati u talog od kave i odlučiti, razumijete, prvo, je li bilo kakvih iznenađenja, i drugo, jesmo li konačno stekli malo više povjerenja u naše tehnike popravka. Čak i ako nisu odobreni, koliko vjerujemo u njih? Još nismo stigli do kraja. Čeka nas još puno domaćeg rada. Ali imamo još dvije godine do Hubbleove misije."

Poboljšani Hubble će proširiti znanstvene obzore

Bit će to duge dvije godine za znanstveni tim. Margon jedva uspijeva suspregnuti oduševljenje kada govori o tome što bi dva nova znanstvena instrumenta značila za Hubblea. WFC3 i COS, oboje s ugrađenom korektivnom optikom kojom se kompenzira pogreška u Hubbleovom primarnom zrcalu, trebaju povećati količinu podataka koju će davati opservatorij za 44 puta u odnosu na količinu koju je davao prije 10 godina.

WFC3 je prvi pankromatski (svebojni) instrument napravljen za Hubblea, širokopoljna kamera širokog spektralnog opsega, koja će otvoriti nove prozore u svemir, u isto vrijeme obnavljajući vizualnu sposobnost drugih detektora izgubljenu usljed utjecaja zračenja. U bliskom ultraljubičastom području, WFC3 će djelotvornost promatranja povećati za 40%, dok će bliskoinfracrveni detektor omogućiti puno brže pretrage.

Nova kamera će snimati zapanjujuće slike planeta Sunčevog sustava, dalekih objekata Kuiperovog pojasa i svih ostalih uobičajenih ciljeva u dubokom svemiru.

"Ono što je posebno uzbudljivo u WFC3 jest njena osjetljivost na bliskoinfracrveno svjetlo", kaže Margon. "Razlog zbog kojega je to važno jest opet crveni pomak. Što gledate dalje u svemir, on postaje sve crvenijim i crvenijim. Hubble je teleskop opće namjene i njime se može promatrati sve: planeti, zvijezde, galaktike, sve! Ali ono što trenutno vjerojatno najviše uzbuđuje ljude jest tamna energija, koja ubrzava širenje svemira. A to je problem koji nije postojao u trenutku Hubbleovog lansiranja.

Trenutno se svi slažu da tamna energija postoji, što je već samo po sebi prilično zapanjujuće, te da ona zapravo čini 75% ukupne mase/energije u svemiru. Tako ona ne samo da postoji, već je i jako moćna stvar, premda prije samo pet godina nismo mogli ni naslutiti da postoji."

Hubble je odigrao veliku ulogu u tekućoj potrazi za odgovorima, tako što je pronalazio supernove Tipa Ia, stelarne eksplozije za koje se vjeruje da nastaju u trenutku kada neki zbijeni bijeli patuljak u dvojnom zvjezdanom sustavu nakupi dovoljno tvari sa svoje pratilje i postigne kritičnu gustoću. U tom času njegova kvantomehanička svojstva koja su se dotad opirala urušavanju pod utjecajem gravitacije bivaju nadjačana, što izazove katastrofalni kolaps i eksploziju.

Kako do te eksplozije uvijek dođe u trenutku kada masa bijelog patuljka dosegne vrijednost koja se da izračunati i koja iznosi približno 1,44 mase Sunca, astronomi vjeruju da je odljev energije u svakoj takvoj eksploziji približno isti. Stoga taj svjetlosni odljev supernovâ Ia može biti uprabljen kao tzv. standardna svijeća.

Prividni sjaj objekta na precizan način opada s udaljenošću od promatrača, pa su promatranja obavljena koncem 1990-ih godina pokazala da su supernove Tipa Ia u dalekim galaktikama tamnije no što je bilo očekivano. Najočiglednije tumačenje, uz pretpostavku da se te supernove uistinu ponašaju kao "standardne svijeće", jest to da se svemir više proširio - i da su te supernove udaljenije - no što bi se očekivalo da se širenje svemira usporava.

Astronomi vjeruju da je ta tamna energija koja pogoni ubrzavanje širenja svemira bila prisutna od velikog praska, no da je tijekom prvih pet milijardi godina ekspanzije bila nadjačana gravitacijom. Ali kako se svemir razrjeđivao, tamna energija počela je obrtati ono što je do određenog trenutka bilo usporavanje pogonjeno gravitacijom. Tako je svemir počeo ubrzavati i "razlijetati" se sve brže i brže.

Pokazuje se da se priroda tamne energije može precizno testirati ako se zapitamo kako se ta 'forca' mijenja u kozmičkim vremenskim razmjerima. Einsteinova kozmološka konstanta, odbojna gravitacija, uopće se ne mijenja tijekom vremena. Ali, ako smo mi, primjerice, dijelom višedimenzionalnog svemira i ako na nas utječu druge dimenzije i slično tome, onda se ti utjecaji mijenjaju tijekom dugih vremenskih razdoblja.

Znači, tamnu energiju možete istraživati tako da se jednostavno zagledate u prošlost, u daleke objekte, budući na taj način provjeravate geometriju svemira u prošlosti. A ako pitate koliko daleko trebam pogledati kako bih mogao razaznati koja je od zamisli o prirodi tamne energije točna, pokazuje se da se taj crveni pomak fino podudara s 'crvenom' osjetljivošću WFC3. Rekao bih da je tako uglavnom zahvaljući čistoj sreći!

Znači, već i ako biste mogli samo nastaviti mapirati odstupanja vrlo dalekih galaktika od Hubbleovog dijagrama (tj. od klasičnog modela širenja svemira), služeći se najcrvenijim pojasom WFC3, trebali biste biti u mogućnosti razlučiti koji je model tamne energije točan. (...) Držim kako je to uistinu uzbudljivo."

COS, dvaput osjetljiviji od STIS-a i 10 do 20 puta osjetljiviji od ranijih instrumenata u spektroskopiji srednje i visoke razlučivosti, pruža jednako uzbudljivu znanost.

COS je namijenjen proučavanju opće građe svemira, međugalaktičkog medija, porijekla elemenata, nastanka i razvoja galaktika, međuzvjezdanog medija i nastanka zvijezda i planeta.

"Sada nam je jasno da je svemir pita načinjena od triju kriški", kazao je Margon. "Jednu čini tamna energija, koja tvori oko 75% svemira. Druga je tamna tvara, oko 20%. Na koncu slijede atomi (ili normalna tvar), koja sačinjava samo oko 5% svemira. Ali nešto što smo zadnjih pedesetak godina naslućivali i u što smo sada prilično sigurni, jest to da većina atoma kakve poznajemo nije ni u zvijezdama ni u galaktikama, već prije u razrijeđenom plinu između galaktika.

"Izvorna naivna predodžba o načinu na koji je svemir sastavljen jest ona prema kojoj su galaktike bile osnovni građevni blokovi, dok je među njima bio zapravo savršeni vakuum. Tijekom više od pedeset godina, ta se slika praktično preokrenula. Pokazalo se da vjerojatno više od 50% svih normalnih atoma postoji između galaktika, a ne u njima. Što, naravno, još više gura na marginu Zemlju i Sunce i druge poznate stvari."

No, kako se proučava taj međugalaktički medij (IGM)? Promatranjem dalekih objekata poput kvazara i nastojanjem da se dokuči kako je na to svjetlo na putu do Zemlje djelovao prolazak kroz IGM.

Premda je COS instrument opće namjene i iako će ga astronomi rabiti za promatranja različitih ciljeva, Margon kaže kako je: "Prilikom njegova dizajniranja vođeno računa i to tome da će njime biti promatrani vrlo udaljeni kvazari, tek kao izvori pozadinskog svjetla koje će, kako bi došlo do nas, morati proći kroz mnoštvo tih atoma u međugalaktičkom mediju.

Pokazuje se da će, usljed uvjeta koji vladaju u međugalaktičkom mediju, do međudjelovanja toga medija i atoma dolaziti jedino u ultraljubičastom području. (...) Teleskopima na tlu se ne može obaviti ključna analiza. I opet, budući morate promatrati u ultraljubičastom, nikakav domišljati napredak promatračke tehnike na površini Zemlje ne može nadići taj problem. Nitko neće izumiti uređaj kojim će biti promatrana svjetlost koja uoće ne stiže od toga uređaja.

Znači, karakterizacija stanja u kojemu se nalazi međugalaktički medij je temeljna zadaća COS-a. Odatle i ono 'cosmic origin' (kozmičko porijeklo) u njegovu imenu. Jer taj razrijeđeni medij jest ono od čega su se na koncu oblikovale galaktike i zvijezde. Ali pokazuje se da je većina atoma u svemiru ostala neiskorištena. Vjerojatno je 90% tih atoma vodik, dok je ostalo helij. Sve ostalo, uz iznimku pukih tragova litija i deuterija, nastalo je kasnije u zvijezdama."

Još nije jasno koliko je jednoliko raspoređen IGM - do kojeg je stupnja grudast, vlaknast ili gladak - ali COS bi nam mogao pomoći da dođemo i do toga odgovora.

"Dijelovi međugalaktičke tvari koje budemo promatrali, pokazivat će apsorpciju svjetla, remetit će spektre pozadinskih objekata, ali će imati i njima svojstvene crvene pomake, ovisne o njihovoj udaljenosti od nas", kaže Margon. "COS će praviti ultraljubičaste spektre vrlo dalekih objekata, tako da ćemo moći ustanoviti da li ti poremećaji spektara odgovaraju samo nekim određenim crvenim pomacima, što bi značilo da je IGM grudast. Pokaže li se da do apsorpcije dolazi podjedanko po cijelim spektrima, to će biti znak da bi IGM mogao biti ravnomjerniji. To (zasad) nitko ne zna."

No, Margon dodaje kako: "Odgovor ima i duboki kozmološki značaj.

Grudastost toga materijala odražava uvjete kakvi su vladali odmah po velikom prasku jer poslije zapravo nije bilo ničega što bi utjecalo na nju", kaže on. "Znači, osim što ćemo istražiti većinu atoma koji postoje u svemiru, saznat ćemo i i neke fundamentalne kozmološke informacije o uvjetima neposredno poslije velikog praska."

Puno toga treba proći u najboljem redu od današnjeg dana do lansiranja SM-4. Bilo kakav krupniji problem sa shuttleom može lako izbaciti taj let s popisa. Ali već i sama činjenica da je misija dobila drugu priliku nakon što je 2004. g. bila otpisana, ohrabrila je znanstvenike i inženjere koji su svoje karijere posvetili održavanju Hubblea prvim imenom u astronomskim istraživanjima.

"Svi smo prilično uzbuđeni zbog toga", kazao je Burch. "Kao da smo na velikom toboganu, tako mi se to čini. Čas smo gore, čas smo dolje! Ajme meni!"

Dodatak:
Dana 31. listopada 2006, ravnatelj NASA-e Mike Griffin objavio je pred znanstvenicima okupljenima u Centru za svemirske letove Goddard da će se ipak pristupiti posljednjoj servisnoj misiji Hubblea, vjerojatno sredinom 2008. g! Određena je i posada za tu misiju, a u njoj će biti i Scott Altman (zapovjednik), John Grunsfeld i Michael Massimino, astronauti koji su sudjelovali i u prošloj servisnoj misiji. Grunsfeldu će to biti treći posjet Hubbleu.