Hubble-Weltraumteleskop, aufgenommen vom Shuttle Discovery nach der 3. Service-Mission 1999. Bild: NASA, Flickr.
Hubble-Weltraumteleskop, aufgenommen vom Shuttle Discovery nach der 3. Service-Mission 1999. Bild: NASA, Flickr.

Das Hubble-Weltraumteleskop ist in Schwierigkeiten. Am 6. Oktober kurz nach Mitternacht deutscher Zeit fiel eines von drei noch funktionierenden Gyroskopen aus [1], woraufhin das Teleskop auf einen Sicherungsmodus umschaltete und seine Beobachtungen einstellte. Gyroskope (kurz: Gyros; der griechische Wortstamm ist der gleiche wie beim Drehfleisch und bedeutet Kreisel) sind Sensoren, mit denen das Teleskop seine Rotation im Raum messen kann. Damit kann das Teleskop präzise feststellen, wie weit es beispielsweise bei einem Schwenk rotiert wird. Die Rotation selbst wird mit Hilfe sogenannter Reaktionsräder durchgeführt. Das sind schwere, elektrisch angetriebene, rotierende Schwungmassen, mit denen das Hubble-Teleskop ohne Treibstoffverbrauch im All orientiert werden kann. Wird ein Reaktionsrad beschleunigt, dann beginnt sich wegen der Erhaltung des Drehimpulses das Teleskop in Gegenrichtung zu drehen. Wenn man am gewünschten Punkt angekommen ist, kann man die Drehung wieder verlangsamen. Entsprechend kann man eine Drehung des Teleskops in Gegenrichtung durch eine Verlangsamung des Schwungrades erreichen. Da sich das Reaktionsrad sehr präzise in der Drehzahl steuern lässt, kann das Teleskop damit auch winzigste Bewegungen kompensieren, was mit Triebwerken unmöglich wäre (die außerdem die Umgebung des Teleskops mit ihren Abgasen verunreinigen würden).

Komponenten des Hubble-Teleskops mit der Lage der Reaktionsräder und Fine Guidance Sensoren (siehe Text). Bild: NASA's Goddard Spaceflight Center, gemeinfrei.

Komponenten des Hubble-Teleskops mit der Lage der Reaktionsräder und Fine Guidance Sensoren (siehe Text). Bild: NASA’s Goddard Spaceflight Center, gemeinfrei.

Da die Reaktionsräder mit der Zeit durch Reibung Drehimpuls an das Teleskop abgeben, müssen sie immer schneller gedreht werden, um es auf Position zu halten. Um zu verhindern, dass irgendwann eine zulässige Maximaldrehzahl überschritten wird, kann das Teleskop über Magnetspulen Drehimpuls an das Erdmagnetfeld abgeben. Man muss dazu diese Magnetotorquer nur unter Strom setzen, dann wirken sie wie Stabmagnete, die das Teleskop in Richtung des Erdmagnetfelds drehen. Die Reaktionsräder können durch diesen Mechanismus regelmäßig heruntergedreht werden (Desaturierung). So kommt das Teleskop völlig ohne Triebwerke aus.

 

Gyros komplett

Die Gyroskope überwachen jederzeit die Rotation des Teleskops. Es handelt sich bei den Hubble-Gyros, die paarweise in sogenannten Rate Sensor Unit RSU (etwa: Drehraten-Erfassungseinheit) integriert sind, um schnell rotierende Kreisel (Nominaldrehzahl: 19200 Umdrehungen pro Minute), welche in Luftlagern weitgehend reibungs- und erschütterungsfrei gelagert sind. Das gesamte innere Gehäuse mit der Aufhängung (als Float, frei übersetzt Schwimmer bezeichnet) schwimmt berührungsfrei in einer viskosen Flüssigkeit (etwa so zähflüssig wie 10W-30-Motoröl) und ist somit vom Teleskop bestmöglich entkoppelt. Wenn das Teleskop schwenkt, behalten die Kreisel in den RSUs ihre Rotationsgeschwindigkeit bezüglich des umgebenden Raums bei, nicht jedoch bezüglich des Teleskops. Die Sensoren im Gyro stellen bei einer Drehung des Teleskops folglich eine Veränderung der Rotationsrate des Kreisels fest, weil sich aus ihrer Sicht die Drehung des Teleskops und des Kreisels überlagern.

Kreisel im Gyroskop mit Luftlagern. Bild: [3].

Kreisel im Gyroskop mit Luftlagern. Bild: [3].

Um sich in allen drei Raumachsen orientieren zu können, benötigt man 3 Kreisel, deren Achsen in verschiedenen Richtungen orientiert sind. Im einfachsten Fall stehen die Achsen in rechten Winkeln zueinander. Da Gyros kaputt gehen können (mechanische Teile sind bekanntermaßen anfällig für Verschleiß) und eine Reparatur im Weltraum schwierig und teuer ist, hat man Hubble mit 6 Gyros ausgestattet: 3 RSUs mit jeweils einem primären und einem Reserve-Gyro. Die primären Gyros in allen drei RSUs sind von etwas älterem Design als die Reserve-Gyros, die länger halten sollen.

Hubble Gyroskop zerlegt. In der Mitte der Schwimmkörper (Float Assembly), in dem der Kreisel sich dreht. Zwischen Float und Gehäuse (Main Housing Assembly) befindet sich eine viskose Flüssigkeit. Bild: [4]

Hubble Gyroskop zerlegt. In der Mitte der Schwimmkörper (Float Assembly), in dem der Kreisel sich dreht. Zwischen Float und Gehäuse (Main Housing Assembly) befindet sich eine viskose Flüssigkeit. Bild: [4]

Die Hubble-Gyros sind in der Vergangenheit ziemlich oft ausgefallen: bereits 3 Jahre nach dem Start wurden 1993 vier Stück ersetzt, 1997, 1998 und 1999 fiel je einer aus, die 1999 ersetzt wurden. 2001 und 2003 folgten die nächsten Ausfälle. Beim letzten Besuch eines Space Shuttles im Mai 2009 waren alle drei RSUs durch frische ersetzt worden waren, also 6 funktionierende Kreisel installiert.

Zusammengesetztes Gyroskop. Bild: [4].

Zusammengesetztes Gyroskop. Bild: [4].

Die Kreiselmotoren erhalten ihren Strom über buchstäblich haarfeine Drähte, die durch die Flüssigkeit im Außenbehälter zum Schwimmer geführt werden. Die Flüssigkeit wird bei der Herstellung mit Druckluft in den Behälter gepumpt. Die Theorie für die Ausfälle ist, dass der Sauerstoff aus der Druckluft innerhalb der Flüssigkeit langfristig die Drähte korrodiert. Beim neueren Design wurde die Flüssigkeit mit Stickstoffdruck eingefüllt, um das Problem künftig zu vermeiden.

 

Das drohende Ende?

Seit 2009 fielen dann zwei der Gyros nach altem Design aus. Das dritte zeigte seit einem Jahr schon beginnenden Verschleiß und sein nun eingetretener Ausfall war erwartet worden. Als man, wie bei den anderen beiden RSUs, sein Reserve-Gyro in Betrieb nehmen wollte, das vor 7 Jahren zuletzt eingeschaltet gewesen war, zeigte dieses jedoch ein abnormes Verhalten: Zwar registrierte es zuverlässig die Drehung des Teleskops in beide Richtungen, gab aber stets eine viel zu hohe Geschwindigkeit dieser Drehung an (ca. Faktor 10). Das Gyro verfügt dabei über zwei Modi: Solange das Teleskop auf ein neues Ziel geschwenkt wird, wird es in einem groberen Modus gefahren, und man kann die vom Sensor gelieferte Drehzahl per Software korrigieren. Um ein Ziel jedoch exakt anzufahren und zu zentrieren, muss das Gyro in einen empfindlicheren Modus umgeschaltet werden, und dann übersteigen die Sensorwerte den Wertebereich der Ausgabe, es gehen Ziffern verloren und die Werte können nicht mehr nachträglich korrigiert werden.

Ist damit das Ende des Teleskops besiegelt? Dachte ich jedenfalls, als ich das las. Stimmt aber nicht! Weil nach dem Columbia-Unglück das Teleskop für mehrere Jahre nicht zur Wartung erreichbar war und zu dieser Zeit nur noch 4 Kreisel funktionierten, wurde die Software im Goddard Space Flight Center der NASA vorsichtshalber so modifiziert [6], dass das Teleskop mit zwei oder auch nur einem Gyro ausgerichtet werden kann, indem man Magnetometer, Star Tracker und Feinnachführungs-Sensoren in Kombination mit den verbliebenen Gyros einsetzt. Zwischen 2005 und der Service-Mission 2009 waren dann zwei der vier noch funktionierenden Kreisel vorsichtshalber zu ihrer Schonung abgeschaltet worden und das Teleskop schon einmal mit nur 2 Gyros betrieben worden, ohne große Auswirkungen auf den Betrieb.

 

Die Ersatzmannschaft

Das Hubble-Teleskop verfügt über zwei Magnetometer, mit denen die Richtung und Stärke des Erdmagnetfelds gemessen werden kann, im Prinzip eine Art Magnetkompass. In Abhängigkeit von der geographischen Position des Teleskops kann aus der Richtung des Magnetfelds die Ausrichtung in der oder den Achsen, die nicht durch Gyros überwacht werden, grob bestimmt werden; typischerweise ist der Ausrichtungsfehler 2°-5°, kann jedoch bei paralleler Ausrichtung der Achse zum Erdmagnetfeld bis zu 10° betragen. Mit den Magnetometern arbeitet man bei schnellen Schwenks zur Grobausrichtung und falls das Blickfeld der beiden nachfolgend erläuterten Sensoren durch die Erde blockiert ist.

Am hinteren Ende des Teleskops befinden sich drei in rechten Winkeln zueinander angeordnete Fixed Head Star Tracker (FHST). Das sind Kameras mit fester Blickrichtung, die den Sternenhimmel mit einem Blickfeld von je 8°×8°(16×16 Vollmonddurchmesser) ablichten und ihre Bilder dann zur Erde funken, wo Computer anhand eines Sternkatalogs identifizieren, in welche Richtung am Sternenhimmel der Star Tracker gerade schaut. Daraus kann die Ausrichtung des Teleskops ermittelt werden. Man kann die Star Tracker dann anweisen, in einem verkleinerten 1,5°×1,5°-Blickfeld einen vorgegebenen Stern zu zentrieren, um das Teleskop in eine bestimmte Richtung auszurichten.

Wenn das Teleskop somit auf weniger als 1′ (eine Bogenminute = 1/60°) genau auf das Ziel ausgerichtet ist, können die Feinnachführungs-Sensoren (Fine Guidance Sensors, FGS) eingesetzt werden, deren es drei gibt, die parallel zur Teleskopachse auf das beobachtete Blickfeld ausgerichtet sind. Diese erfassen einen geeigneten Leitstern und verfolgen diesen, wobei jegliche Drift des Sterns aufgrund von Störungen (z.B. Bewegungen der Hauptantenne, der Solarpanels oder thermische Expansion im Sonnenlicht, atmosphärische Reibung, sowie Rauschen der von den RSUs gemessenen Werte) mit den Reaktionsrädern automatisch kompensiert wird.

Komponenten des Hubble-Positionierungssystems. Rechts oben: Gyros (6 Stück in 3 RSUs) 3 Fine Guidance Sensoren und 3 Star Tracker überwachen die Ausrichtung des Teleskops. Reaktionsräder erlauben das Verändern der Orientierung. Bild: Wikimeida Commons,NASA/ESA/ STScI, gemeinfrei.

Komponenten des Hubble-Positionierungssystems. Gyros (6 Stück in 3 RSUs), 3 Fine Guidance Sensoren und 3 Star Tracker überwachen die Ausrichtung des Teleskops. Reaktionsräder erlauben das Verändern der Orientierung. Bild: Wikimedia Commons, NASA/ESA/STScI, gemeinfrei.

Die Abfolge beim Anvisieren eines Objekts ist dann typischerweise wie folgt [10]: während das zu beobachtende Objekt noch von der Erde verdeckt ist, wird das Teleskop mit Hilfe der verbliebenen Kreisel und den Magnetometern grob in Richtung des Objekts geschwenkt. Dann wird die Position mit den nicht verdeckten Star Trackern auf weniger als 1′ auf das Ziel ausgerichtet, und wenn dieses hinter dem Horizont auftaucht, treten die FGS in Aktion und fixieren jeweils einen geeigneten Leitstern.

Bei drei Gyros kann ein Ziel unter dem Einfluss von Störungen dauerhaft auf 7 Millibogensekunden genau verfolgt werden; im 1- und 2-Gyro-Modus auf 20 Millibogensekunden [7,10]. Versuche im Orbit [8] ergaben, dass Sterne während 400 s Belichtungszeit auf 1,8 Pixel zu je 25 Millibogensekunden scharf abgebildet wurden. Mit 3 Gyros waren vormals im Schnitt auch nur 2,04 Pixel Schärfe erreicht worden [7].

Einzige Einschränkungen sind [7]:

  • Der Leitstern kann nicht während der Beobachtung gewechselt werden.
  • Es reicht nicht, nur einen Leitstern mit einem FGS zu erfassen (das  Teleskop könnte ansonsten um die Achse zum Leitstern rotieren).
  • Das Teleskop kann nicht während der Beobachtung eines Ziels rotiert werden.
  • Es muss bis zu 10° mehr Sicherheitsabstand von der Sonne eingehalten werden, damit der nominale Abstand (mindestens 50°) auch im Falle eines Ausrichtungsfehlers der Magnetometer von 10° gewährleistet ist. Direktes Sonnenlicht würde den schwarzen Innenanstrich beschädigen und die Optik des Teleskops zerstören.
  • Das exakte Anfahren eines Ziels dauert 7 statt ansonsten 6 Minuten.

Mit diesen Einschränkungen kann man gut leben.

 

Nr. 3 lebt!

Bei der NASA entschied man sich, es mit dem angeschlagenen Kreisel zunächst noch einmal zu versuchen [2]. Würde er nicht wieder in Betrieb genommen werden können, so gäbe es die Optionen, das Teleskop mit zwei Kreiseln oder auch nur mit einem wieder in Betrieb zu nehmen. Es verlautete, dass man in diesem Fall gleich den Ein-Gyro-Modus verwenden würde, damit das zweite funktionierende Gyro bis zum Ausfall des anderen ruhen könne und so die Betriebsdauer so weit wie möglich verlängert werden könne. Es sind keine weitere Service-Missionen geplant, das Shuttle fliegt nicht mehr und die Orion- oder irgendeine andere Kapsel wird nicht in der Lage sein, das Teleskop mit einem Greifarm zu fixieren, so dass Astronauten, die per Sicherheitsleine mit der Kapsel verbunden sein müssen, daran arbeiten könnten.

Am 16. Oktober begann man mit “Reparaturversuchen” des Gyro. Zunächst wurde er mehrfach im Betrieb ausgeschaltet, und nach einer Sekunde während der abklingenden Rotation wieder eingeschaltet. Dies änderte die überhöht ausgegebenen Drehraten nicht.

Am 18. Oktober begann man, das gesamte Teleskop mehrfach hin und her zu schwenken, wobei das Gyro abwechselnd von Grob- auf Feinmodus umgeschaltet wurde.  Die Theorie war, dass der Schwimmer (s.o.) nicht mittig im Gehäuse befindlich sein könnte und sich deshalb nicht frei bewegen. Man hoffte, durch die Schwenks eine mögliche Blockierung zu lösen. Tatsächlich wurden die rapportierten Drehzahlen besser und zwischendurch fiel mehrfach kurzfristig die im Feinmodus zurückgemeldete Drehzahl wieder in den Wertebereich der Ausgabe. Am 19. Oktober vollführte man weitere Schwenkmanöver, an deren Ende das Gyro wieder normale Werte zurücklieferte.

Seit dem 19. Oktober wurden dann Schwenktests mit maximal zulässiger Geschwindigkeit durchgeführt, um zu verifizieren, ob das Gyro jederzeit einwandfrei funktionierte. Es wurden keine Probleme festgestellt. In den folgenden Tagen werden nun noch Tests durchgeführt, die den normalen Einsatz im regulären Beobachtungsbetrieb simulieren. Wenn diese ebenfalls erfolgreich sind, kann das Teleskop sehr bald mit seinen wissenschaftlichen Beobachtungen fortfahren – im 3-Gyro-Modus!

Und wenn wieder ein Gyro ausfällt (und sonst nichts kaputt geht), dann haben wir gelernt, dass das Teleskop immer noch jahrelang weiter verwendet werden kann, bis dann hoffentlich sein Nachfolger, das James-Webb-Weltraumteleskop, 2021 (oder so) übernehmen wird.

 

Referenzen

[1] NASA, ESA, STScI: “Hubble in Safe Mode as Gyro Issues are Diagnosed“, Hubblesite, 8. Oktober 2018.

[2] NASA Gyro Update, “Hubble Moving Closer to Normal Science Operations“, NASA Mission Pages, Hubble Space Telescope, 22. Oktober 2018.

[3] Kenneth Blumenstock, “New Understanding of Hubble Space Telescope Gyro Current Increase Led to a Method to Save a Failing Gyro“, NASA Technical Report Server, 20. September 2017

[4] HST Program Office, “Hubble Space Telescope Gyroscopes“, Goddard Space Flight Center.

[5] NASA, “Hubble Space Telescope Pointing Control System“, NASA Mission Pages, Hubble Space Telescope.

[6] Brian R. Clapp et al., “Hubble Space Telescope Reduced-Gyro Control Law Design, Implementation, and On-Orbit Performance“, NASA Technical Reports Server, 29. Juni 2008.

[7] K. Sembach et al., “HST Two-Gyro Mode“, The 2005 HST Calibration Workshop, STScI, 2005.

[8] M. Sirianni, M. McMaster, “PSF characterization for the HST One-Gyro mode test“, Technical Instrument Report WFPC2 2008-01, STScI, 3. April 2008.

[9] Eric Berger, “NASA brings a Hubble gyro back to life after a seven-year hibernation“, Ars Technica, 22. Oktober 2018.

[10] K. R. Sembach, “HST Two Gyro Handbook“, STScI, Version 1, Oktober 2004.

Kommentare (30)

  1. #1 Yeti
    24. Oktober 2018

    Danke, sehr schöner und informativer Artikel.

    Ich bin mit dem Hubble-Teleskop von Anfang an “verbunden”. Als sich rausstellte, dass die Optik einen Knick hat und man nachvollziehen konnte, wie genau der “Knick” aussieht (Produktions- und Vermessungsprotokolle des Spiegels, Testbilder, usw.), hat jemand an unserem Institut damals an den Algorithmen zur Schärfung der Bilder mitgearbeitet. Das wurde dann bei der ESA benutzt, bis die “Brille” eingesetzt wurde.

  2. #2 Spritkopf
    24. Oktober 2018

    Yepp, schließe mich Yeti an; sehr schöner Artikel. Konnte ihn wg. sich stapelnder Arbeit nur überfliegen, aber heute abend werde ich ihn mir im Detail zu Gemüte führen.

  3. #3 Alderamin
    24. Oktober 2018

    Danke. Ist mal wieder etwas länger geraten als beabsichtigt, aber ich wollte auch genau wissen, was kaputt ist, warum und was man dagegen tun kann. In den Artikeln, die ich gelesen habe, stand nirgendwo erklärt, wieso man mit nur zwei oder einem Gyro auskommen kann. Das habe ich dann recherchiert und es sollte mit in den Artikel, damit der dann die anderswo fehlende Info enthält.

    Nebenbei habe ich dabei endlich gelernt, dass ein Gyro kein anderes Wort für Reaktionsrad ist… :-)

  4. #4 Stefan H.
    24. Oktober 2018

    Ein sehr schöner und informativer Artikel, den auch ich als Laie sehr gut verstanden habe

  5. #5 Uli Schoppe
    24. Oktober 2018

    Hm ist ein Kreiselstabilisator nicht auch ein Gyro @Alderamin?

  6. #6 leo
    Nach dieser Berechnung
    24. Oktober 2018

    http://www.lizard-tail.com/isana/lab/orbital_decay/
    kommt Hubble in etwa 20 Jahren runter

  7. #7 Till
    24. Oktober 2018

    @Alderamin: Mal wieder ein toller Artikel! Ich freue mich jedes mal riesig, wenn ich sehe, dass wieder ein neuer Artikel auf Alpha Cephei erschienen ist. Die Detailtiefe ist für mich perfekt und das ganze ist immer sehr schön in den Kontext zu aktuellem Geschehen und zu anderen Artikeln gesetzt. Vielen Dank!

  8. #8 Till
    24. Oktober 2018

    Nebenbei habe ich dabei endlich gelernt, dass ein Gyro kein anderes Wort für Reaktionsrad ist… :-)

    Das hat mich auch mir überrascht. Genau das meinte ich übrigens in meinem vorigen Post mit der (für mich) perfekten Detailtiefe. Ich lerne – auch bei mir vertrauten Themen – bei Dir immer etwas neues. Dabei sind die Infos so gut aufbereitet und mit Kontext versehen, dass ich mich nie abgehängt fühle – Respekt!

  9. #9 Alderamin
    24. Oktober 2018

    @Till

    :-)

    @Uli Schoppe

    Hm ist ein Kreiselstabilisator nicht auch ein Gyro @Alderamin?

    Wenn man Wikipedia glauben kann, dann eher nicht.

  10. #10 Karl Mistelberger
    24. Oktober 2018

    Wie schon die Kinder in der Schule lernen birgt die Kreiselbewegung einige Überraschungen. In diesem Video kann man ganz deutlich erkennen, dass der Drehimpuls eines kräftefreien Kreisels konstant ist.

    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Dzhanibekov_effect.ogv

  11. #11 Captain E.
    25. Oktober 2018

    Tja, das James Webb Space Telescope – am Ende schaffen die es noch, es so spät zu starten, dass es beim endgültigen Ende der Hubble-Mission immer noch in Betrieb ist. Die beeindruckend lange Missionsdauer von Hubble wird das JWST ja bei weitem nicht erreichen. Und eine Wartungsmission wird es auch nicht geben können – da repariert man eher noch das gute, alte Hubble im Erdorbit.

  12. #12 tomtoo
    25. Oktober 2018

    Keine Ahnung wie lange ich noch hier bin. Aber James Web Bilder zu sehen wäre schon noch ein highlight.

  13. #13 Alderamin
    26. Oktober 2018

    @tomtoo

    JWST macht aber nur Infrarotbilder. Werden so ähnlich aussehen wie die von Spitzer (dem ehemaligen SIRTF, Space InfraRed Telescope Facility). Weil JWST so weit in die Ferne blicken soll, dass wegen der Rotverschiebung die spannensten Dinge ins IR verschoben sind. Und weil IR von der Erde aus nur sehr eingeschränkt sichtbar ist (Wasser und CO2 in der Luft absorbieren IR; das Flugzeug-Teleskop SOFIA macht IR-Bilder aus 12.000 m Höhe).

  14. #14 Captain E.
    26. Oktober 2018

    So gesehen ist das JWST eher der Nachfolger vom Herschel Space Observatory. Infrarotteleskope leben halt leider von ihrer Kühlung, und die ist zeitlich stark limitiert. Da müssen NASA und DLR wohl noch weiter mit ihrer alten Boeing 747-SP herumfliegen. SOFIA kann aber immerhin “Sternfinsternisse” (Sternokkultationen) besser beobahcten als irgendein anderes Observatorium auf der Erde. Grund: Der “Schatten” zieht oftmals ausschließlich über das Meer, und da ist kein Teleskop, außer dem fliegenden SOFIA.

    Ist eigentlich konkret etwas in Planung als Hubble-Nachfolger? Die amerikanischen optischen Keyhole-Satelliten sind doch großteils baugleich mit Hubble, und da hat die NASA vor ein paar Jahren zwei Stück vom Militär (also vom NRO) als Geschenk bekommen.

  15. #15 DasKleineTeilchen
    terra
    26. Oktober 2018

    frank von “was geht” hat vor paar wochen nen schönen rant zum JWST bei golem abgeliefert, money quote:

    “Der Bau eines Rekordteleskops ohne vorherige Prototypen hat nichts mit technischen Ambitionen zu tun, sondern grenzt an Dummheit”

    https://www.golem.de/news/nasa-ueberambitioniert-ueberteuert-und-in-dieser-form-ueberfluessig-1807-135209.html

    Die amerikanischen optischen Keyhole-Satelliten sind doch großteils baugleich mit Hubble, und da hat die NASA vor ein paar Jahren zwei Stück vom Militär (also vom NRO) als Geschenk bekommen.

    ja, kapier ich auch nicht, standartisiert und seit den 70gern im einsatz, kann nicht so n trip sein, hubble mit diesen quasie baugleichen zu ersetzen. der ersatzspiegel für hubble von kodak existiert ja auch noch, right?

  16. #16 Alderamin
    26. Oktober 2018

    @Captain E.

    So gesehen ist das JWST eher der Nachfolger vom Herschel Space Observatory. Infrarotteleskope leben halt leider von ihrer Kühlung,

    Nicht wirklich, die meisten Instrumente von JWST werden nicht aktiv gekühlt werden, nur ein einziges (MIRI, Mid Infrared Instrument) wird auf 7 K gekühlt (der Vorrat an Kühlmittel soll für 5-10 Jahre reichen). JWST beobachtet hauptsächlich zwischen 0,6 und 5 µm (0,6 ist noch visuell; oberhalb ca. 1 µm wird’s von der Erde aus aber schwierig), MIRI bis 27 µm. JWST wird durch passive Kühlung im Schatten seines Sonnenschildes eine Temperatur von 50 K halten können.

    Herschel beobachtete zwischen 57 und 650 µm, da ging ohne aktive Kühlung nichts.

    JWST ist der Nachfolger von Spitzer (SIRTF), welches auch nur einige aktiv gekühlte Instrumente hatte und seit 2003 in Betrieb ist.

  17. #17 Alderamin
    26. Oktober 2018

    @DasKleineTeilchen

    Die amerikanischen optischen Keyhole-Satelliten sind doch großteils baugleich mit Hubble, und da hat die NASA vor ein paar Jahren zwei Stück vom Militär (also vom NRO) als Geschenk bekommen.

    Ja, und eines davon soll die Basis von WFIRST werden, welches von Trump schon gekippt worden war (und vom Kongress gerettet) weil es schon $2 Mrd. kosten soll und JWST nicht genug Budget übrig lässt. Die Instrumente sind halt ganz andere als bei einem Spionagesatelliten. WFIRST soll auch ein viel größeres Blickfeld als Hubble haben, dank einer kürzeren Brennweite.

    ja, kapier ich auch nicht, standartisiert und seit den 70gern im einsatz, kann nicht so n trip sein, hubble mit diesen quasie baugleichen zu ersetzen. der ersatzspiegel für hubble von kodak existiert ja auch noch, right?

    Mit JWST und seinem 6,5-m-Spiegel (der von Hubble durchmaß 2,5 m) wird man aber ganz andere Ziele als mit Hubble anschauen können, die von der Erde nicht zu erreichen sind, und für einen ausklappbaren 6,5m-Segment-Spiegel gab es noch keinen Vorläufer.

    Was Hubble konnte, kann man heute dank adaptiver Optik größtenteils auch von der Erde, und bald gehen ja die neuen Riesenteleskope in Dienst, die werden Hubble visuell weit übertreffen. Wozu also noch ein visuelles Weltraumteleskop?

    WFIRST ist auch wieder Infrarot, aber im Gegensatz zu JWST “Wide Field” – damit hat man schon den Namen zusammen, Wide Field Infrared Survey Telescope. Damit deckt das Teleskop wieder einen Bereich ab, der von der Erde aus nicht beobachtbar ist und für den es bald kein aktives Weltraumteleskop mehr gibt (Neo-WISE ist kurz vor Missionsende).

  18. #18 Captain E.
    26. Oktober 2018

    @Alderamin:

    O.k., dann ist tatsächlich der begrenzende Faktor der Treibstoff. Der Lagrangepunkt ist zwar für astronomische Beobachtungen super geeignet, aber halt doch recht weit weg. Da schickt man nicht mal eben so eine Tankmission hin – und aller Wahrscheinlichkeit nach ist das JWST auch nicht auf Betankung im All konzipiert worden.

  19. #19 tomtoo
    26. Oktober 2018

    @Alderamin
    Ist schon klar das es Bilder aus dem IR sind. Aber ich bin ja nicht der @Terminator und sage: Aber so sieht das ja in Wirklichkeit garnicht aus! ; )

  20. #20 tomtoo
    26. Oktober 2018

    Und extrem faszinierend, wenn alles mit dem JWST funzt, dann hat man wohl noch nie so tief in die Vergangenheit geschaut? Oder?

  21. #21 tomtoo
    26. Oktober 2018

    Uhps also tief schon, aber nicht so detailliert.

  22. #22 Alderamin
    26. Oktober 2018

    @tomtoo

    Und extrem faszinierend, wenn alles mit dem JWST funzt, dann hat man wohl noch nie so tief in die Vergangenheit geschaut? Oder?

    Stimmt, das ist ja auch die Idee von JWST, die ersten Sterne und die Reionisation zu sehen. Auch junge Sterne und Planeten könnten Ziele sein.

    Kein Weltraumteleskop hatte je einen annähernd so ein großes Lichtsammelvermögen, und das in Frequenzen, die von der Erde aus teilweise nicht beobachtbar sind. Da darf man durchaus gespannt sein.

  23. #23 Alderamin
    26. Oktober 2018

    @Captain E.

    und aller Wahrscheinlichkeit nach ist das JWST auch nicht auf Betankung im All konzipiert worden.

    Das Teleskop ist für keine Art von Wartung konzipiert worden. 2010 war mal ein Docking-Ring vorgeschlagen worden, um ggf. Entfaltungsprobleme beheben zu können (ich weiß nicht, ob das dann noch in Erdnähe geplant gewesen wäre), davon hat man aber nichts mehr gehört. Theoretisch könnte eine Orion-Kapsel (oder eine Dragon V2 auf Falcon Heavy) das Teleskop im L2 erreichen, aber ohne stabile Andockmöglichkeit wird eine Wartung nicht möglich sein. Da keine vorgesehen ist, würde es auch schwer sein, diese im Nachhinein dann doch durchzuführen. Mit klobigen Handschuhen ist schlecht an einem Gerät zu hantieren, das nicht extra leicht greifbare Schrauben verwendet.

    Ein Fehler wie anfangs bei Hubble wäre ganz, ganz, ganz doof. Ich denke, man hat aus diesem Fehler gelernt und wird extra-gründlich testen. Diese Tests laufen gerade. Wie ich irgendwo las, fielen allerlei Schrauben beim Rütteltest aus der Halterung des Sonnensegels, daher im Moment wieder Verzögerungen.

  24. #24 Till
    27. Oktober 2018

    WFIRST[…], welches von Trump schon gekippt worden war

    Ich kaufe noch ein e (WeFIRST), dann kippt Trump das Teleskop bestimmt nicht nochmal 😉

  25. #25 Alderamin
    27. Oktober 2018

    @Till

    Ja, vielleicht sollte das Projekt vorsichtshalber in “Unsurmountable Superwide Awesome Field InfraRed Survey Telescope” umbenannt werden. Dann versteht es auch Donald. :-)

  26. #26 Yeti
    27. Oktober 2018

    Man sollte ein Akronym “TRUMP” erfinden:
    Totally Red Unsurmountable Mega Pe-, äh, Prodruding (optics).
    Oder so.

  27. #28 rolak
    2. November 2018

    Gyros komplett

    Jetzt auch Kinderteller!

  28. #29 Jochen
    15. November 2018

    ” kann das Teleskop über Magnetspulen Drehimpuls an das Erdmagnetfeld abgeben”

    Superinteressant (wie alle deine Artikel!), bisher dachte ich, die Reaktionsräder müssten immer über die Triebwerke entladen werden. Toll, was die Konstrukteure für Ideen haben.

  29. #30 Alderamin
    15. November 2018

    @Jochen

    Hatte ich auch gedacht, und bei Raumsonden ist das auch so. Bei Hubble ist das ein No-Go, weil die Abgase dann auf die Optik gelangen könnten. Mit den Magnetspulen hat man außerdem den Vorteil, dass einem der Treibstoff nie ausgeht und sie haben keine Verschleißteile.

    Ich weiß nicht wie man beim James Webb Space Telescope machen wird, müsste ich mich erst schlau machen, das wird sich im Lagrange-2-Punkt der Erde befinden, wo das Magnetfeld der Erde viel schwächer ist. Die Haltekonstruktion des Spiegels ist bei JWST vollkommen offen, das wird man auch nicht mit Abgasen einnebeln wollen.