Reparando o telescópio espacial Hubble: as ferramentas usadas pelos astronautas

Hubble passa por manutenção durante o STS-103

Os astronautas da NASA John Grunsfeld e Steven Smith atualizam o Telescópio Espacial Hubble durante a missão de manutenção STS-103 para o observatório em dezembro de 1999. Os astronautas fizeram a manutenção do telescópio durante cinco missões espaciais de 1993 a 2009. (Crédito da imagem: NASA / JSC)

Quando a NASA lançou o Telescópio Espacial Hubble em 24 de abril de 1990, a agência já pretendia enviar astronautas para trocar os instrumentos científicos do observatório de tempos em tempos, mantendo-o na vanguarda da ciência.

Mas o construtor do telescópio também o tornou flexível o suficiente para acomodar uma variedade de reparos e atualizações imprevistas - um recurso que foi muito útil quando se tornou evidente que Hubble lançado com um erro grave em seu espelho primário que tornou suas imagens iniciais borradas.



'Nós o projetamos para ser desmontável', disse Russ Werneth a um grupo de visitantes de mídia social no mês passado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, durante um evento que celebrou o 25º aniversário do lançamento do Hubble. [ Galeria: as ferramentas para manter o Hubble funcionando ]

- E, o que é mais importante, pode ser reposto - acrescentou Ed Rezac.

Werneth e Rezac, junto com Marion Riley, ajudaram a projetar algumas das ferramentas que os astronautas usaram para atualizar o Telescópio Espacial Hubble durante sua última missão de manutenção. Várias dessas ferramentas estavam disponíveis para os participantes manipularem.

'Você vai fazer o quê ?!'

Ben Reed, da NASA

Ben Reed, do Satellite Servicing Office da NASA, possui a Pistol Grip Tool usada pelos astronautas que fazem a manutenção do Telescópio Espacial Hubble.(Crédito da imagem: Nola Taylor Redd)

Os astronautas repararam e / ou mantiveram o Telescópio Espacial Hubble durante cinco missões de serviço entre 1993 e 2009. A quinta e última missão exigia não apenas a substituição de peças mecânicas e dois instrumentos científicos, mas também reparos no espaço de dois instrumentos existentes.

'A última missão de serviço foi uma das missões de serviço mais desafiadoras já concluídas', disse Rezac.

Em 2004, o Espectrógrafo de Imagens do Telescópio Espacial do Hubble (STIS) sofreu uma falha de energia. Três anos depois, a Câmera Avançada para Pesquisas (ACS) - a câmera principal do telescópio - foi vítima de um curto-circuito. Os dois instrumentos forneceram observações científicas significativas; de acordo com Riley, os dados do STIS ajudaram a gerar mais artigos científicos do que qualquer outro instrumento da época. Portanto, foi tomada a decisão de corrigir o STIS e o ACS em vez de substituí-los.

'Quando passamos a ideia pela primeira vez na sede, a reação foi:' Você vai fazer o quê ?! '' Disse Riley.

Descrevendo os engenheiros que mantêm o Hubble funcionando, ela continuou dizendo, 'Cada vez que alguém diz a este grupo, isso é impossível, nós dissemos,' Afaste-se '.

“Este é o grupo que fez os primeiros”, ela continuou. 'Nós fazemos isso primeiro, e outras pessoas o seguem.' [Fotos: missões de manutenção do telescópio espacial Hubble da NASA]

Para a missão final de manutenção do Hubble, a NASA desenvolveu uma ferramenta menos poderosa para os astronautas removerem rapidamente mais de 140 parafusos no espaço.

Para a missão final de manutenção do Hubble, a NASA desenvolveu uma ferramenta menos poderosa para os astronautas removerem rapidamente mais de 140 parafusos no espaço.(Crédito da imagem: Nola Taylor Redd)

Uma furadeira em evolução

Uma das maiores mudanças nas ferramentas usadas para consertar o Hubble nos últimos 25 anos veio na forma da furadeira elétrica da NASA. Trajes espaciais volumosos, preocupações com a segurança dos astronautas e o ambiente frio do espaço significam que tirar parafusos de satélites requer uma ferramenta que não pode ser comprada na loja de ferragens local.

Quando os astronautas fizeram a manutenção do satélite Solar Maximum Mission (SolarMax) em 1984, eles usaram uma grande caixa azul conhecida como Module Service Tool (MST). Usando as duas mãos para apoiar o MST, os astronautas desparafusaram os parafusos de retenção do SolarMax, removeram um módulo quebrado e fizeram os reparos necessários.

Para a segunda missão de manutenção do Hubble em 1997, os engenheiros projetaram uma ferramenta Pistol Grip Tool (PGT) menor e mais compacta. O PGT menor gira cerca de 15 vezes por minuto e pesa apenas 18 libras. (8,2 kg) no solo, embora a baixa gravidade do espaço signifique que o peso é menos problemático do que o volume e a eficiência.

O PGT continua a ser uma parte importante da construção do espaço hoje, e ainda está em uso no Estação Espacial Internacional (ISS). Além de fornecer as variações de torque necessárias, o PGT registra o número de voltas para cada parafuso em sua memória de bordo, permitindo que os engenheiros planejem com precisão o tempo necessário em missões futuras. Werneth chamou a ferramenta de 'um burro de carga no Hubble e na ISS'.

Como a última missão de manutenção do Hubble exigiu a remoção de mais de 100 pequenos parafusos, as velocidades lentas do PGT foram insuficientes para a tarefa. Os engenheiros precisavam construir um novo instrumento para reduzir o tempo que os astronautas passavam no espaço. A mais nova furadeira pesa apenas 4,5 kg. (4,5 kg) e gira a 210 rotações por minuto. A broca também carece do torque do PGT, pois a potência não era necessária para os parafusos menores.

A ferramenta de extração / inserção de cartão STIS (azul) é compatível com uma placa eletrônica. Os astronautas giraram um botão para apertar a braçadeira, permitindo-lhes inserir e remover as placas eletrônicas no STIS e ACS sem cortar seus trajes espaciais em arestas vivas.

A ferramenta de extração / inserção de cartão STIS (azul) é compatível com uma placa eletrônica. Os astronautas giraram um botão para apertar a braçadeira, permitindo-lhes inserir e remover as placas eletrônicas no STIS e ACS sem cortar seus trajes espaciais em arestas vivas.(Crédito da imagem: Nola Taylor Redd)

'Cirurgia cerebral no escuro usando luvas de forno'

Em 2004, o instrumento STIS cientificamente produtivo perdeu força e tornou-se inoperante. Mas seu fracasso não teve repercussões permanentes. Os engenheiros locais conseguiram identificar a origem do problema, facilitando a identificação do que precisava ser substituído.

Com o ACS, as coisas eram mais difíceis. Os engenheiros não conseguiram determinar a localização precisa da falha de energia do solo. Em vez disso, todas as placas do ACS foram substituídas, um processo que exigiu a remoção de mais de 32 parafusos.

Nenhum dos instrumentos do Hubble foi projetado para ser reparado no espaço, apenas para ser substituído. Como resultado, STIS e ACS não eram particularmente amigáveis ​​para astronautas. Ainda assim, as falhas em ambos os instrumentos eram semelhantes o suficiente para que muitas das ferramentas usadas para substituir um pudessem ser adaptadas ao outro.

De acordo com Werneth, três vezes astronauta da missão de reparo do Hubble John Grunsfeld , que agora atua como administrador associado do Diretório de Missão Científica da NASA, descreveu todo o processo de reparo como 'fazer uma cirurgia no cérebro no escuro, usando luvas de cozinha'.

Para acessar os cartões eletrônicos no ACS, os astronautas usaram o que é conhecido como uma ferramenta de corte de grade para cortar a grade de metal. Depois que as guias de metal fixaram a ferramenta, os astronautas giraram os parafusos do cortador da grade para forçar 12 lâminas a cortar a grade.

'A última coisa que a NASA quer que você faça é dar uma faca a um astronauta', disse Rezac, referindo-se à preocupação da agência espacial com a segurança dos astronautas.

Em vez disso, os funcionários da agência deram aos caminhantes espaciais um instrumento com 12 facas.

Um dos maiores desafios veio na remoção de 143 parafusos dos dois instrumentos - 111 do STIS e 32 do ACS - especialmente porque os parafusos não eram metálicos e não podiam ser capturados por ímãs. Deixar cair um parafuso na sua garagem é irritante; deixar cair um no espaço, onde mais tarde poderia colidir e danificar o Hubble, pode ser catastrófico.

Para capturar parafusos e outros detritos - incluindo aparas de metal potencialmente criadas pelo cortador de grade - os engenheiros desenvolveram a 'placa de captura do fixador'. Os astronautas removeram quatro parafusos no Hubble para instalar a placa sobre o painel de acesso. A placa permitiu aos astronautas remover os parafusos enquanto a placa os continha. Quando os astronautas terminaram, eles poderiam remover a placa inteira com os parafusos, sem deixar resíduos ou parafusos soltos para trás.

Com as placas de fixação fora do caminho, os astronautas precisaram remover as placas defeituosas dos dois instrumentos. Na Terra, os engenheiros podem usar a mais antiga de todas as ferramentas, a mão humana, para deslizar as tábuas de suas caixas. Não é assim no espaço, onde perfurar um traje espacial em uma borda afiada era uma preocupação real.

'Não queríamos John [Grunsfeld] enfiando a mão lá dentro', disse Rezac.

Em vez disso, os engenheiros desenvolveram a ferramenta de extração / inserção de cartão STIS, essencialmente um braço robótico gigantesco que agarrou a placa e a deslizou para fora do slot apropriado, em seguida, agarrou o novo para inseri-lo. Alças grandes feitas especificamente para acomodar a maior parte do luvas de astronauta simplificaram o processo para os astronautas. [ Telescópio espacial Hubble: matá-lo ou salvá-lo? (Vídeo) ]

A etapa final foi fechar os instrumentos científicos recém-reparados de volta. O design dos novos cartões eletrônicos para ACS incluiu uma capa, mas o STIS permaneceu aberto ao vácuo do espaço. Em vez de exigir que os astronautas aparafusem uma infinidade de parafusos minúsculos, os engenheiros desenvolveram uma nova versão simplificada do painel de acesso para STIS que exigia fixadores. O painel em si foi codificado por cores para torná-lo ainda mais amigável para os astronautas.

'Você quer tornar isso o mais fácil possível para os astronautas', disse Riley.

Cumprindo missões do futuro

O Hubble recebeu sua última missão de manutenção em 2009, mas isso não significa que os astronautas não farão caminhadas espaciais para consertar e atualizar outros satélites no futuro. A capacidade do Hubble de permanecer na vanguarda da ciência por mais de um quarto de século é devido em grande parte à sua modularidade, que poderia inspirar outras missões no futuro.

Os instrumentos nessas missões seriam mais amigáveis ​​aos astronautas? Embora pudesse ser possível, Riley não pensa assim. Em geral, ela acha que é mais econômico atualizar um instrumento com uma nova ferramenta do que tentar consertá-lo durante uma caminhada no espaço. No entanto, ela diz que depende da frequência com que os astronautas pretendem fazer a manutenção desse satélite.

Mesmo assim, os projetistas dos instrumentos científicos de hoje podem ter aprendido com as missões de manutenção do Hubble. Embora da NASA Telescópio espacial James Webb (JWST), a substituição do Hubble, estará muito longe para visitas de astronautas após seu lançamento em 2018, pode chegar o dia em que os robôs poderão fornecer reparos, embora nenhum esteja planejado atualmente. Como resultado, Riley disse que os engenheiros pediram aos designers da JWST que incluíssem decalques e outras pistas visuais que poderiam ajudar a torná-la mais amigável com o robô.

Quer os reparos em instrumentos futuros sejam feitos por robôs ou por humanos, a NASA mostrou sua capacidade de projetar as ferramentas necessárias para o trabalho.

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