ЕКА заявило, что слои водяного льда препятствуют обзору космического телескопа «Евклид», находящегося на орбите в точке Лагранжа L2 системы Земля-Солнце на расстоянии 1,5 миллиона километров.
Проблемы со стабильностью температуры часто встречаются у космических аппаратов в условиях космоса, однако эта чувствительная миссия, направленная на изучение темной Вселенной с высокой точностью, требует скорейшего решения этой проблемы.
В настоящее время европейские группы миссии испытывают новую методику размораживания оптики, плавно оттаивая наледь на аппарате. При положительном результате этот план применят для сохранения оптики «Евклида» максимально свободной ото льда до завершения научных исследований.
Что случилось с «Евклидом»?
После запуска и настройки приборов «Евклида» команды экспертов, отвечающих за научные операции миссии, заметили небольшое, но постепенное уменьшение количества света, измеряемого звездами, которые неоднократно наблюдались с помощью прибора VISible (VIS).
Тогда поняли, что «Евклид» столкнулся с общей проблемой, с которой сталкиваются космические аппараты после прибытия в космос: вода, поглощенная из воздуха во время сборки на Земле, постепенно выделяется из некоторых компонентов аппарата.
В ледяной среде космоса молекулы воды склонны приставать к любой доступной поверхности благодаря свойству поверхностного натяжения. При контакте с чувствительной оптикой прибора это может стать причиной неполадок.
Экипаж миссии предполагал подобное развитие событий. Практически невозможно построить и запустить космический аппарат с Земли без проникновения части атмосферной воды. В связи с этим после запуска была проведена кампания «газовыделения». В ходе неё телескоп нагревался бортовыми нагревателями и частично облучался Солнцем, вследствие чего большая часть молекул воды, присутствовавших на поверхности «Евклида» или в её непосредственной близости, была удалена.
Проблема, похоже, сохраняется
Часть воды осталась после работы по выделению газа, пропитав многослойный утеплитель. Сейчас её медленнее выводят в космический вакуум, что снижает качество изображения телескопа.
Команда «Евклида» провёл ряд исследований, включая лабораторные, по рассеиванию и отражению света крошечными слоями льда на поверхности зеркал. Последующие месяцы были потрачены на калибровку в космосе. Установлено, что на зеркалах оптики «Евклида» замерзло несколько слоев молекул воды. Толщина их слоя предположительно составляет от пары до нескольких десятков нанометров, что эквивалентно ширине нити ДНК.
Во время наблюдений и научных исследований «Евклида» команда создала план для определения местонахождения льда в оптической системе и снижения его влияния как в настоящем, так и в будущем, если лед будет продолжаться скапливаться.
Новая процедура размораживания Евклида
Самым простым способом было применить разработанную перед запуском процедуру дезактивации и прогреть весь космический аппарат. Нужно было включить каждый бортовой обогреватель на несколько дней, постепенно повышая температуру с примерно -140° C до -3° C в определенных частях аппарата.
Эта процедура очистит оптику от льда, но нагреет механическую конструкцию телескопа. Поскольку большинство материалов расширяются при нагревании, не факт, что после недельного охлаждения вернутся в прежнее состояние. Это может привести к изменению оптической юстировки «Евклида».
Это плохо для такой чувствительной задачи, где изменение температуры даже на десятые доли градуса может повлиять на оптику и потребовать многонедельной настройки.
Чтобы ограничить изменения температуры, команда начнется с индивидуального нагрева не подверженных риску оптических частей космического аппарата, расположенных в местах, где попавшая вода вряд ли затронет другие компоненты. Начнут с двух зеркал Евклида, которые можно нагревать независимо друг от друга.
Если потеря света будет сохраняться и скажется на научных исследованиях, продолжать нагревать другие наборы зеркал Евклида, проверяя каждый раз, какой процент фотонов возвращается.
Необходимо долгосрочное решение
Постепенное потепление, предусмотренное командой, должно восстановить и сохранить невероятные возможности Евклида, но такого рода процедура проводится впервые. ЕКА заявило, что предположения о том, на какие поверхности влияет отложение льда, обоснованы. Впрочем, подтвердить их с полной уверенностью возможно только после непосредственного тестирования операций.
Специалисты, занимающиеся проблемой, рассчитывают на возможность обогреть пострадавший участок аппарата путем его изоляции в случае необходимости.
Для поддержания работоспособности оптики в течение длительной миссии «Евклид» требуется решение по ее периодическому размораживанию, не сокращая при этом основную шестнадцатилетнюю программу полета.