Hubble: A carreira do telescópio espacial da NASA

Lançado pelo ônibus espacial Discovery em 25 de abril de 1990, o HST ganhou notoriedade internacional quando a verificação inicial encontrou uma falha óptica (aberração esférica) em seu espelho primário. O HST também experimentou “jitter”, ou tremor de seus painéis solares, induzido termicamente durante o nascer e o pôr do sol orbitais. Ambas as anomalias borraram as imagens. Este foi o primeiro dos Grandes Observatórios da NASA e, mais uma vez, a reputação da agência estava em jogo. Como o HST visava os tópicos científicos que pouco poderiam tolerar as imagens imperfeitas, a NASA iniciou um programa ambicioso para restaurar as capacidades do observatório por meio de serviços de astronautas. Uma missão de manutenção já havia sido planejada para reparos e reformas, mas não para resolver um problema tão grande e inesperado. O instrumento Substituição Axial de Óptica Corretiva para o Telescópio Espacial (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement COSTAR) abrigava um conjunto de óptica em um gabinete de instrumento axial que substituiu o Fotômetro de Alta Velocidade, um instrumento relativamente subutilizado no complemento original. Este sistema óptico inovador movido por motores internos e corrigiu o feixe do telescópio para os restantes três instrumentos axiais.
A Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), que continha um segundo conjunto de ópticas corretivas internas ao instrumento, substituiu a Wide Field/Planetary Camera original. O parceiro europeu da NASA, a Agência Espacial Européia (ESA), ofereceu os painéis solares. A ESA reconstruiu com sucesso um conjunto de painéis solares melhorados para minimizar a sensibilidade térmica. Vários outros componentes da espaçonave também voaram para substituir/aumentar o conjunto original.

Em 2 de dezembro de 1993, após um programa de desenvolvimento rápido de apenas três anos, a Primeira Missão de Manutenção (FSM) estava pronta e lançada no ônibus espacial Endeavour (STS-61). Esta foi uma das missões espaciais tripuladas mais complexas e desafiadoras já tentadas. Em cinco dias consecutivos de 35 horas e 28 minutos de EVA, a tripulação realizou com sucesso todas as atividades planejadas. Essa “mãe de todas as missões de serviço” foi totalmente bem-sucedida, restaurando as capacidades originalmente planejadas e, em alguns casos, melhorando além delas. Mais uma vez, a manutenção via satélite demonstrou sua utilidade. Durante esta missão, as atividades se concentraram na substituição de Instrumentos Orbitais de Substituição (Orbital Replacement Instruments ORIs) e Unidades Orbitais de Substituição (Orbital Replacement Units ORUs).

Primeira missão de manutenção do HST: instalação do COSTAR, na primeira missão de manutenção, que substituiu o instrumento High Speed Photometer pela nova óptica corretiva projetada para corrigir a ‘visão defeituosa’ do Hubble. Ambos os instrumentos modulares do tamanho de cabines telefônicas foram projetados para serem substituídos em órbita.

Essa foi a intenção do projeto para o HST, bem como a infraestrutura de manutenção planejada para suportá-lo. Além de reparar a óptica (instalando os COSTAR e WFPC2) e os painéis solares (substituindo os antigos painéis solares e um conjunto de eletrônica de acionamento), esta missão também instalou coprocessadores para o computador de vôo, restaurou a função do magnetômetro, substituiu dois Sensores de Taxa (conjuntos de giroscópio) e unidades de controle eletrônico de giroscópio, e instalado o kit de redundância ‘Goddard High-Resolution Spectrograph’. A substituição dos magnetômetros foi o primeiro reparo do HST que usou uma interface que não foi originalmente projetada para manutenção em órbita. No total, essa conquista foi repetida com sucesso mais quatro vezes nos dezesseis anos seguintes.

Em fevereiro de 1997, a Missão de Manutenção 2 avançou o poder científico do HST ao instalar dois instrumentos de “segunda geração”. Estas eram ORUs por natureza, uma vez que foram projetadas para serem removidas e substituídas por EVA. O Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) avançou na espectroscopia e permitiu estudar buracos negros supermassivos nos centros das galáxias. O Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) abriu a região de comprimento de onda do infravermelho próximo no HST e permitiu o estudo das supernovas distantes que são fundamentais para resolver o problema da Energia Escura. Havia trabalho a fazer no lado da espaçonave também. Um dos Sensores de Orientação Fina (FGS) foi substituído e uma caixa de controle eletrônica foi adicionada. Este foi o primeiro FGS a incorporar hardware para correção de aberrações esféricas.

Um gravador de estado sólido foi instalado para melhorar a confiabilidade do fluxo de dados de engenharia e um conjunto de roda de reação foi substituído. Além disso, uma Data Interface Unit (DIU) foi substituída e o conjunto de Solar Array Drive Electronics (SADE) que não foi substituído no FSM foi substituído por uma versão recondicionada da unidade devolvida do FSM. Alguns dos danos inesperados ao isolamento multicamada do escudo de luz foram reparados in situ usando ferramentas e materiais improvisados a bordo do Discovery. Embora o FSM ainda se concentre em atividades no nível da ORU, três desenvolvimentos de serviços são dignos de nota. As interfaces DIU eram muito desafiadoras e exigiam treinamento e testes extensivos.
Isso abriria caminho para manipulações de conectores elétricos ainda mais ambiciosas no futuro. Em segundo lugar, o tema da devolução de equipamento e ferramental para reforma e posterior reinstalação estava começando a surgir com a instalação reformada do SADE. Finalmente, os reparos do escudo de luz de contingência anunciaram uma era de reparos não planejados de complexidade significativa.

A Missão de Manutenção 3 (SM3) foi dividida em dois voos (Missões de Manutenção 3A e 3B) para responder à pressão do cronograma dos giroscópios com falha. De fato, em dezembro de 1999, o Discovery fez a SM3A enquanto o Hubble estava em modo de segurança porque o observatório não tinha giroscópios funcionais suficientes. Esta missão instalou um novo conjunto de giroscópios, além de um novo computador avançado, outro FGS reformado, tampas de corrimão, um novo transmissor e outro gravador de estado sólido. Um conjunto parcial de New Outer Blanket Layers (NOBLs) foi instalado para ajudar a gerenciar a temperatura, pois o isolamento original havia se degradado com a idade. Mais uma vez, o tema da reutilização de peças recondicionadas foi reforçado com o relançamento da FGS. A instalação dos NOBLs foi o início da montagem em órbita no HST.

Em março de 2002, a Missão de Manutenção 3B viu a Columbia carregar a parte de “avanço científico” do manifesto SM3. Uma nova câmera, a Advanced Camera for Surveys (ACS), assumiu a função principal de imagem do antigo instrumento WFPC2.
Um NICMOS Cooling System (NCS) experimental ofereceu ao instrumento NICMOS um resfriamento auxiliar para permitir a operação após o esgotamento do fluido criogênico. Além disso, esta missão instalou asas solares rígidas que forneciam mais potência com menos área, substituiu um conjunto de roda de reação, outro conjunto de giroscópios e a unidade de controle de energia (PCU). O NCS foi um projeto feito sob medida para responder à situação imprevista. Sua instalação exigiu um planejamento cuidadoso tanto no interior do HST quanto no seu exterior, onde foi instalado um grande radiador para retirar o calor de um novo criorefrigerador mecânico.

Este grau de montagem em órbita agora é “rotina”. A substituição da PCU também representou um ‘tour de force’ no treinamento e manipulação de uma unidade com conectores elétricos que nunca deveriam ser removidos e reconectados em atividades extraveiculares. Após a SM3B, veio um longo hiato na manutenção do HST. A tragédia da Columbia forçou a um exame profundo dos papéis dos voos espaciais tripulados. Durante esse período, avanços significativos foram feitos no planejamento e preparação para a manutenção robótica do HST. Os planos do programa e alguns desenvolvimentos de hardware foram iniciados em antecipação à missão Hubble Robotic Servicing and Deorbit (HRSDM, ou manutenção e saíde de órbita para o Hubble).

Em abril de 2005, a NASA decidiu que outra missão de manutenção do ônibus espacial seria permitida com algum rigor de segurança adicional incorporado ao treinamento e operações da missão. O trabalho parou no HRSDM para se concentrar na visita tripulada final ao HST. Em maio de 2009, a Missão de Manutenção 4 foi lançada no ônibus espacial Atlantis, que implementou ainda mais capacidades científicas para o HST através do Cosmic Origins Spectrograph e da Wide Field Camera 3. Os astronautas realizaram as primeiras substituições de placas de circuito em órbita através das atividades de reparo dos STIS e ACS. Para deixar o observatório no melhor estado possível, o HST também recebeu novos giroscópios, outro novo sensor de orientação fina, novas baterias e um novo conjunto de NOBLs. Em antecipação a um futuro requisito de desorbitação, um Mecanismo de Captura Suave e um Sistema de Acoplagem de Baixo Impacto (Soft Capture Mechanism and Low Impact Docking System) foram instalados na extremidade traseira do HST para oferecer uma interface padrão para ‘rendezvous’ e captura autônomos (autonomous rendezvous and capture, AR&C).