إن مجرى هوبل الفضائي هو أحد أكثر الأدوات العلمية تحولاً التي بنيت في أي وقت مضى، وقد أدى في عام 1990 إلى تغيير أساسي في وجهة نظرنا بشأن الكون، حيث وفر صوراً للجرات البعيدة والنيبول والطائرات التي كانت غير قابلة للتصور في السابق، غير أن قصة المقراب الهندسية هي بمثابة اكتشافات تاريخية لها.

الأهداف المتعلقة بالأصول والأهداف المحددة

وكانت بذور تلسكوب الفضاء الهبل مزروعة في الأربعينات، عندما اقترح الفلك الأمريكي ليمان سبيتزر الابن في البداية وضع تلسكوب كبير في المدار للإفلات من التلسكوب والاستيعاب الناجم عن الغلاف الجوي للأرض، وكانت رؤية سبتزر قد اكتسبت ترام في الستينات مع تسارع سباق الفضاء، وفي عام 1977، التزمت ناسا رسميا ببناء [FL]

ويتطلب تحقيق هذا الهدف اتباع نهج هندسية جديدة تماما، فخلافا للمرصدات الأرضية، يتعين على الهبل أن يعمل في فراغ الفضاء، حيث تشكل تقلبات الحرارة، والإشعاع، والكولدات المجهرية تهديدات دائمة، كما أن التلسكوب يحتاج أيضا إلى اختيار تصميمي قابل للتطبيق، مما يزيد من تعقيدات هائلة، ولكنه يصبح في نهاية المطاف واحدا من أكبر عناصره، ويتعاون المهندسون في مركز مارشال للطيران الفضائي، وفي هيكل تكنولوجيا الفضاء الأوروبي.

التصميم التجاري

كل قرار هندسي يتضمن مقايضة، ومرآة أكبر ستجمع الضوء أكثر، ولكنها ستكون أثقل وأكثر تكلفة لإطلاقها، وقد اختير قطر المرآة الأخير البالغ 2.4 متر كحل وسط بين القدرة العلمية وقيود مركبات الإطلاق (وكان حجم حمولة المكوك الفضائي 4.6 متر في قطرات) واختير التصميم البصري للارتباط، باستخدام مرايا أولية ومرآة ثانوية مفتوحة.

التعاون الدولي

وكان مشروع " هابل " أحد أول تعاون دولي رئيسي في مجال الفضاء، وساهمت الوكالة في " الأري " و " كاميرا " ، إلى جانب الخبرة العلمية، حيث تتطلب هذه الشراكة توحيد الوصلات البينية عبر مختلف الثقافات واللغات الهندسية، وهو تحد حل من خلال توثيق دقيق واختبار مشترك، وقد شكل هذا التعاون سابقة لبرامج لاحقة مثل محطة الفضاء الدولية وتلسكوب جيمس ويب الفضائي.

النظام الضوئي: الدقة فيما بعد التسامح

وفي قلب تلسكوب الفضاء الهبل يكمن في تركيبته البصرية، وهو تحفة رئيسية من هندسة الدقة، وكانت المرآة الرئيسية التي صنعتها شركة بيركين - إيلمر (التي أصبحت الآن جزءا من L3Hrris) مصنوعة من توسيع نطاقها فوق الأرضي، وهو منتج مركب ذي مغزى من التوسع الحراري قرب الصفري، وكانت المرآة فارغة أرضية ومهذبة إلى شكل مسموم.

كان الانحراف يؤثر على جميع الأدوات، مما يقلل من قدرة المقراب على تركيز الصور الحادة لكن الشعار الهندسي لم ينتهي هناك، في عام 1993، خلال مهمة الخدم الأولى (STS-61)، كان رائد الفضاء يركبون جهاز التبريد التليفزيوني التليفزيوني الخاص بـ (كوستار) نظام من المرايا التي اعترضت الضوء قبل وصوله إلى الأدوات،

النوعية والتدوينات البصرية

كان تطفو المرآة حرجاً، وكانت المرآة الأولى ملتوية بطبقة من الألمنيوم ثلاثية الأبعاد، مُزَوَّلة بموجات الفلوريد المغنزيئية لتعزيز التقلبات الفوقية، وكان هذا التغليف مُختاراً بشكل ثابت ودائم بما يكفي لتحمل بيئة التفريغ والإشعاع، وكانت نوافذ الصُوَفَقَات ذات مستويات منخفضة الوزن التحلل لتقليل من الضوء.

مراقبة النقاط وتحقيق الاستقرار

ومن أجل إنتاج صور حادة، يجب أن يتجه هبل إلى هدف له استقرار شديد - لا يزيد على 0.007 ثانية من القوس المربع على التعرض الطويل، ويتطلب تحقيق ذلك نظاماً متطوراً لمراقبة الموجات يجمع بين الجراجات ومتعقبات النجوم وعجلات الرد ومجسات إرشادية دقيقة، وقد استخدمت الخطة الأصلية ستة منظارات الغروب (مع جهاز قياسي كقطع غيار بارد) لتحسس معدلاً نقدياً.

إن عجلات الرد (العجلات المتحركة التي تحلق أو تنزل بواسطة محركات كهربائية) توفر المصباح لمسح التلسكوب والاحتفاظ به ثابتاً، ولإحداث تغيير في نقطة معينة، تتبادل العجلات الزخم مع المركبة الفضائية، وإذا ما شبعت (اسرعتها القصوى)، فإن (هابل) تستخدم قضباناً من الحرق المغناطيسي تتفاعل مع ميدان الأرض المغنطيسية لتوفير قوة دافعة.

برامجيات وتحكم

كما أن برامجيات مراقبة الإشارة ذات أهمية بالغة، إذ يدير الحاسوب الموجود على متنها خوارزميات معقدة تخلط بين بيانات الاستشعار، وتعوض عن الاضطرابات الناجمة عن الآليات الداخلية (مثل أجهزة تسجيل الأشرطة أو أجهزة الدفع بالصفوف الشمسية)، وتتوقع آثار الإقراض الحرارية، وبعد بعثة الخدمات لعام 1999 (البعثة الثالثة ألف)، تم رفع مستوى الحاسوب من رقاقة مدمجة من طراز راد - هارد - 386 إلى صيغة من قوانين المعالجة المتطورة بنسبة 30 في المائة.

نظم التحكم الحراري والطاقة

الفضاء بيئة حرارية معادية، وعندما تتعرض أسطح هبل للشمس، يمكن أن تصل إلى 120 درجة مئوية (250 درجة ف)؛ وفي ظل الظل، يمكن أن تنخفض إلى 150 درجة مئوية (240 درجة مئوية) وبدون التحكم الحراري، فإن هذه التأرجحات ستشوه الهيكل البصري والإلكترونيات التلفية.

وقد استخدمت المسخنة النشطة على مكونات دقيقة مثل عجلات التفاعل ومجالس التردد لإبقاءها في درجات حرارة التشغيل، وبدأ نظام الطاقة في المقراب بصفوفتين شمسيتين كبيرتين، كل منهما 12.1 متراً، و 2.7 متراً، مما أدى إلى استيلاء نحو 800 2 واط، واستعيض عن هذه الصفوف أثناء تقديم الخدمات للبعثات التي تنتج طاقة إضافية بنسبة 20 في المائة.

إدارة الطاقة وإعادة الإمداد

نظام (هوببل) الكهربائي يستخدم حافلة من 34 فولت مع زيادة مضاعفة وحدات توزيع الطاقة إلى الأدوات والنظم الفرعية مع صمامات للحماية من السراويل القصيرة كل جهاز رئيسي لديه جهاز تحويل الطاقة الخاص به يهيئ مساحة الحافلة للمستويات المطلوبة، ولتمديد حياة المقراب، قام المهندسون بتنفيذ أساليب إنقاذ الطاقة،

البعثات المستفيدة من الخدمات والارتقاء

إن قابلية الخدمـة في هـبل هي أهم سمة هندسية لها، وقد سمح التصميم النموذجي للملاحين الفضائيين باستبدال أي عنصر رئيسي تقريبا في المدار، فأكثر من خمس بعثات لتقديم الخدمات (1993 و 1997 و 1999 و 2002 و 2009)، وطاقم مطورة من أجهزة محسنة، وممسحة منظارير وبطاريات، وتركيب بطانيات حرارية جديدة، وتحتاج كل بعثة إلى أشهر من الإعداد، بما في ذلك محاكاة واسعة تحت الماء في غرفة المحاولة محمية محمية محمية محمية محمية في نيوترية في مركز الفضاء.

بعثة تقديم الخدمات 1 (STS-61، 1993)

وكانت هذه المهمة هي الأكثر أهمية، حيث كلفت بتصحيح الانحرافات المتقطعة، وركبت رواد الفضاء كوستار وحلت محل الكاميرا الميدانية والكوكبية الأصلية، وصححت البرنامج الثاني، وحلت أيضا الصفوف الشمسية (التي كانت لها علامة حرارية مثيرة للقلق) وعززت أجهزة التحكم في الكترونيات، واستعادت البعثة رؤية هبل ووفرت البرنامج من الفشل المحتمل.

بعثة تقديم الخدمات 2 (STS-82، 1997)

وركزت هذه البعثة على زيادة القدرة العلمية، وركبت صكين جديدين هما: جهاز قياس التلسكوب الفضائي (STIS) وكاميرات التصوير ذات الأشعة تحت الحمراء القريبة ومقياس التداخل المتعدد الأغراض (NICMOS) كما حل محل عجلة رد فعل فاشل، وعززت سجل البيانات، وعالجت البطانيات المقطعية المتوسطة التي تدهورت، ووسعت الأدوات الجديدة نطاق التغطية العالية الاستبانة في المضاربة.

3A (STS-103, 1999) و 3B (STS-109, 2002)

بعد فشل أربعة من الست طائرات، تم التخطيط لبعثة طوارئ، واستبدلت البعثة 3A جميع الجيروسات الستة، وركبت حاسوبا جديدا، وحسّنت منظم الفولط، وتبعت البعثة 3 باء تركيب آلة تصوير متقدمة للدراسات الاستقصائية، التي ضاعفت من مجال الرؤية في هبل، وحسّنت الحساسية بشكل كبير.

بعثة الخدمات 4 (STS-125, 2009)

وكانت مهمة المكوك النهائية إلى هوبل أكثر طموحا، حيث قام الفلكيون بإصلاح أجهزة نظام المعلومات المسبقة عن علم وجهاز ACS (التي فشلت)، وركبوا جهازين جديدين (التصوير الكوني للأشعة السينية وجهاز التصوير الميداني الثالث)، واستبدلوا جميع الجراج الست، وركبوا بطاريات جديدة، وطبقوا عملية العزل الجديدة.

Legacy and Influence on Future Telescopes

"الدروس الهندسية من "هوببل قد شكلت مباشرة الجيل القادم من المراصد الفضائية " "الـ "جيمس ويب" و "ويب" و "مُتعقّب" و "مُوجّهات" و "هوب" و "مُوجّهات" و "هوب" و "تُوجّهُ تصميماتٍ بصريةٍ جديدة"

كما أن قدرة خدمة الهبل تؤثر على تصميمات البنية التحتية الفضائية في المستقبل مفهوم الخدمة الآلية، الذي تم اختباره على الهبل مع التصليح الفاشل لنظام المعلومات المسبقة عن علم، يجري الآن دراسة للسواتل وحتى لشبكة المعلومات الفضائية الدولية.

الثقافة الهندسية والدروس المستفادة

أولا، يجب أن تحفز التجارب على الأرض البيئة الفضائية على نحو وثيق قدر الإمكان - شيء لم يتم تماما قبل الإطلاق، مما يؤدي إلى الانحراف المتقطع، وثانيا، أن إعادة التكرار والوحدة تدفع أرباحا هائلة على مدى عمر البعثة الطويلة، ثالثا، قدرة الإنسان على الطيران الفضائي يمكن أن تنقذ بعثة تبدو مكتملة، رابعا، أي شراكات دولية واحدة، مع أنها تحدي، يمكن أن تحقق مكاسب هائلة.

وحتى عام 2025، استمر عمل هيبل بتوفير علوم تكميلية حيوية إلى المجلس الوطني للمرأة، وقد حقق مزيجه من الهندسة في السبعينات من الحكمة، والابتكارات التصحيحية في التسعينات، وتطورات العقدين إلى مستويات عالية، وظل المقراب ينجو من إخفاقات في استخدام النظارات، وخطوط الحاسوب، وحتى إغلاق المقراب القريب من الوحل في عام 2021 (لم يتم حله من خلال التحول إلى حلول بديلة لشكل البيانات).

خاتمة

إن مجرى الفضاء المهبل هو أكثر بكثير من أداة علمية؛ وهو تحفة هندسية أعادت كتابة قواعد تصميم مرصد الفضاء، ومن المرآة المهذبة بدقة، ومن حيث النسيج، ومن حيث النسيج، فإن التذكير الذي يُعدّ من خلاله، هو بمثابة الشعارات العلمية التي تُعدّ في معظم الأحيان، والتي تُحدّد خطاً جديداً، والتي تُظهر في المعالم البهية، والتي تُعدّ،