13 czerwca doszło do awarii komputera obsługującego instrumenty naukowe Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Choć jeszcze nie udało się przywrócić funkcjonalności i wznowić obserwacji, to sam teleskop jest sprawny i pozostaje w trybie bezpiecznym.

Aktualizacja – 18 lipca

W sobotę wznowiono kampanię badawczą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a po ponad miesiącu przerwy. Obserwacje naukowe poprzedziła kalibracja instrumentów naukowych. Nowe badania zostaną wykonane wraz z harmonogramem na lipiec, a te, które się nie odbyły ze względu na awarię, zostaną przeprowadzone w późniejszym terminie.

Możliwą przyczyną awarii teleskopu była wadliwa praca jednostki kontroli mocy – PCU, która zawiera regulator dostarczający stałe napięcie zasilania 5 V do komputera payloadu i pamięci. Poziom napięcia jest stale monitorowany przez obwód zabezpieczający. Jeśli napięcie jest zbyt wysokie lub zbyt niskie i nie mieści się w dopuszczalnym przedziale, np. ±0,2 V, obwód zabezpieczający informuje komputer, że powinien zawiesić działania, by nie ulec uszkodzeniu. Wykonana analiza komputera payloadu wykazała, że istnieją dwie możliwości, dlaczego tak się dzieje. Albo regulator podaje napięcie spoza dopuszczalnego przedziału, albo obwód zabezpieczający uległ degradacji i się zawiesił.

15 lipca pomyślnie dokonano przełączenia na zapasowe układy PCU i CU/SDF.

Aktualizacja – 10 lipca

Pomyślnie zakończono testy procedur, które zostaną wykorzystane do przełączenia elektroniki Kosmicznego Teleskopu Hubble’a na zapasowy zestaw. Przełączenie na komputer zapasowy planowane jest na przyszły tydzień, ze względu na konieczność dalszych przygotowań i weryfikacji.

Komputer Kosmicznego Teleskopu Hubble’a

Komputer payloadu to NASA Standard Spacecraft Computer-1, w skrócie NSSC-1, który został wyprodukowany w latach osiemdziesiątych. Jego głównym zadaniem jest obsługa instrumentów naukowych oraz monitorowanie ich stanu. Ze względu brak możliwości naprawy w przypadku awarii mechanicznej, komputer jest redundantny, to znaczy, że teleskop wyposażony jest w drugi komputer, który może przejąć obowiązki pierwszego w razie potrzeby. Oba komputery mają dostęp do czterech niezależnych modułów pamięci o pojemności 64 KB, przy czym trzy z nich są zapasowe. Ponadto w skład komputera payloadu wchodzą takie moduły jak:

  • Centralny Moduł Przetwarzania (CPM – ang. Central Processing Module), który przetwarza komendy sterujące instrumentami naukowymi,
  • Interfejs Standardowy (STINT – ang. Standard Interface), który zapewnia komunikację pomiędzy CPM a pozostałymi częściami komputera,
  • Szyna komunikacyjna, służąca do przesyłu różnego rodzaju sygnałów, w tym danych, pomiędzy modułami.

Całość wchodzi w skład jednostki SI C&DH (ang. Science Instrument Command and Data Handling), zajmującej się sterowaniem instrumentami naukowymi i obsługą danych. Nie jest to jednak oryginalny układ, który został zamontowany w Teleskopie Hubble’a przed umieszczeniem go na orbicie w 1990 r. Ten uległ awarii w 2008 roku. Przygotowanie zamiennej części wymusiło to przełożenie Czwartej Misji Serwisowej (dokładnie to była piąta misja, jednak ze względu na numerację misji z 1999 r. – 3A, i z 2002 r. – 3B, jest ona nazywana czwartą), podczas której planowano wymienić główną kamerę w teleskopie, zamontować nowy spektrograf oraz przeprowadzić pierwsze w historii naprawy na orbicie dwóch innych instrumentów naukowych. Nowa jednostka SI C&DH została zainstalowana na teleskopie w maju 2009 roku, przy czym zawiera ona oryginalną elektronikę z lat 80.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a tuż po umieszczeniu go w przestrzeni kosmicznej. U dołu widoczna część załadunkowa promu Discovery.

Pierwszym działaniem podjętym w celu przywrócenia funkcjonalności komputera, było zresetowanie go, co nastąpiło 14 czerwca, dzień po zawieszeniu się komputera. Gdy to nie przyniosło pożądanego rezultatu, stwierdzono, że przyczyną awarii komputera payloadu może być degradacja pamięci. 16 czerwca przeprowadzono próbę przejścia na jeden z zapasowych modułów, która także zakończyła się niepowodzeniem. Komenda inicjalizacyjna zapasowego modułu pamięci nie została ukończona. Po dodatkowych testach okazało się, że błąd zwracany przez moduł pamięci może być jedynie skutkiem awarii innego podzespołu elektronicznego. Sprawdzono działanie układów STINT i CPM, a następnie spróbowano uruchomić zapasowy komputer payload po raz pierwszy od czasu instalacji go w 2009 roku. Okazało się, że wiele podzespołów wchodzących w skład głównego komputera, jak i tego zapasowego, zwraca te same błędy – niepowodzenie przy zapisie do pamięci i odczycie z niej. Jest to mało prawdopodobne, by każdy z samodzielnych podzespołów miały taki sam problem, więc należy przeprowadzić diagnostykę pozostałych układów wchodzących w skład SI C&DH. Wiadomo, że przyczyna kłopotów znajduje się w obrębie tej jednostki, choć trudno określić, które dokładnie elementy sprzętu mogą przeszkadzać przy przełączeniu komputera na zapasowy.

Obecnie analizowana jest praca jednostki Command Unit/Science Data Formatter (CU/SDF), odpowiadającej za formatowanie komend i danych. Część CU formatuje instrukcje odebrane ze stacji naziemnej, tak by poszczególne podzespoły mogły je odczytać. Na przykład komendy odebrane z Ziemi składają się ze słów 27-bitowych, a SSM – Support System Module, w którym znajduje się zwierciadło teleskopu i instrumenty naukowe, posługuje się komendami 16-bitowymi, więc CU pośredniczy jako tłumacz. Natomiast część SDF przygotowuje dane zebrane przez instrumenty naukowe do transmisji na Ziemię.

Diagnozie poddawany jest także regulator mocy znajdujący się wewnątrz jednostki kontroli mocy (PCU – ang. Power Control Unit), służącej do dostarczania stałego napięcia do elektroniki komputera instrumentów naukowych. Jest on niezbędny do prawidłowej pracy pozostałych układów, zapewniając im zasilanie o odpowiednio dużym i bezpiecznym dla układów napięciu. W przypadku komputera i pamięci zapotrzebowanie to zazwyczaj +5 V, -5 V i +12 V, ale CU/SDF potrzebuje już napięcia zasilania 28 V, które mogłoby uszkodzić np. pamięć.

Gdyby okazało się, że któryś z tych układów – CU/SDF lub PCU, odpowiedzialny jest za awarię komputera i problem z przełączeniem na zapasowy, będzie należało przeprowadzić bardziej skomplikowaną procedurę w celu przywrócenia teleskopu do trybu normalnego operowania. A wszystko z powodu konieczności przełączenia także innych modułów, które są połączone bezpośrednio z SI C&DH. Zanim to jednak nastąpi, całą procedurę będzie trzeba przetestować na symulatorze, który bardzo często jest kopią sprzętu umieszczonego na orbicie.

Pierwsz misja serwisowa Teleskopu Hubble’a.

Autor

Anna Wizerkaniuk

Absolwentka studiów magisterskich na kierunku Elektronika na Politechnice Wrocławskiej, członek Zarządu Klubu Astronomicznego Almukantarat