To zdjęcie, uzyskane 8 czerwca 2018 r., przedstawia należący do NASA teleskop NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie bada gwiazdy neutronowe i inne źródła promieniowania rentgenowskiego. NICER jest mniej więcej wielkości pralki. Osłony przeciwsłoneczne koncentratorów promieniowania rentgenowskiego są widoczne jako szereg okrągłych elementów. Źródło: NASA
NASA ma zamiar naprawić teleskop NICER na ISS za pomocą specjalnie zaprojektowanego zestawu łatek podczas spaceru kosmicznego.
Teleskop, kluczowy dla badania gwiazd neutronowych i zjawisk rentgenowskich, uległ uszkodzeniu w maju 2023 r., co doprowadziło do szybkiego zaprojektowania i przetestowania rozwiązania. Nadchodząca misja sprawi, że NICER stanie się pierwszym teleskopem rentgenowskim obsługiwanym przez astronautów, zwiększając jego zdolność do prowadzenia przełomowych badań naukowych.
Astronauta Zjednoczonych Emiratów Arabskich, Sultan Alneyadi, uchwycił ten widok NICER z okna Mini-Modułu badawczego Poisk 2 na stacji kosmicznej w lipcu 2023 r. Zdjęcia takie jak to pomogły zespołowi misyjnemu w mapowaniu uszkodzeń osłon termicznych nad NICER Koncentratory rentgenowskie. Źródło: NASA/Sułtan Alneyadi
Naprawa teleskopu NICER
NASA dostarczy zestaw łatek dla NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), teleskopu rentgenowskiego na pokładzie Międzynarodowa Stacja Kosmicznapodczas 21. komercyjnej misji zaopatrzeniowej agencji Northrop Grumman. Astronauci przeprowadzą spacer kosmiczny, aby dokończyć naprawę.
Znajdujący się w pobliżu układu słonecznego na prawej burcie stacji kosmicznej NICER został uszkodzony w maju 2023 r. Zespół misji dostarczył zestaw łatek do Centrum Kosmicznego NASA w Houston w maju 2024 r., aby można było go przygotować i spakować na nadchodzącą misję zaopatrzeniową.
Na tym zdjęciu widoczne są niektóre uszkodzone osłony termiczne NICER (zakreślone). Źródło: NASA/Sułtan Alneyadi
Szybka reakcja i innowacja
„To niewiarygodne, że w ciągu zaledwie jednego roku byliśmy w stanie zdiagnozować problem, a następnie zaprojektować, zbudować, przetestować i dostarczyć rozwiązanie” – powiedział Steve Kenyon, kierownik ds. mechaniki NICER w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland. „Jesteśmy bardzo podekscytowani możliwością zainstalowania łat podczas przyszłego spaceru kosmicznego, powrotem do bardziej regularnego harmonogramu działań i dalszym prowadzeniem przełomowych badań naukowych”.
Ze swojego miejsca na stacji NICER wielkości pralki bada rentgenowskie niebo. Dokładnie zmierzył supergęste pozostałości gwiazd zwane gwiazdami neutronowymi, które zawierają najgęstszą materię, jaką naukowcy mogą bezpośrednio obserwować. Badał także tajemnicze szybkie rozbłyski radiowe, obserwował komety w naszym Układzie Słonecznym i zbierał dane o górnych warstwach atmosfery Ziemi.
Ale w Maj 2023NICER spowodował „wyciek światła”, w wyniku którego do teleskopu zaczęło przedostawać się niechciane światło słoneczne.
Plastry NICER wykonane są z aluminium i anodowane lub powlekane na kolor czarny. Każdy ma około 2 cale wysokości. „LCK” wskazuje pozycję blokady wypustki na dole, która przytrzymuje łatkę na miejscu. NASA wysyła 12 takich naszywek na Międzynarodową Stację Kosmiczną. Podczas spaceru kosmicznego astronauci założą pięć osłon przeciwsłonecznych na teleskopie, aby zasłonić najbardziej znaczące obszary uszkodzeń. Źródło: NASA/Sophia Roberts
Zdjęcia wykonane na pokładzie stacji ujawniły kilka obszarów uszkodzeń osłon termicznych NICER. Osłony są 500 razy cieńsze od ludzkiego włosa i filtrują podczerwień, ultrafiolet i światło widzialne, jednocześnie przepuszczając promienie rentgenowskie. Obejmują one każdy z 56 koncentratorów promieni rentgenowskich NICER, czyli zestawy 24 zagnieżdżonych okrągłych zwierciadeł zaprojektowanych w celu przepuszczania promieni rentgenowskich do odpowiednich detektorów. Na każdym zestawie koncentratora i osłony znajduje się osłona przeciwsłoneczna, z niewielką szczeliną pomiędzy nimi. Osłony przeciwsłoneczne są podzielone na sześć wewnętrznych rozpórek, przypominających pokrojony placek.
Największe uszkodzenia tarcz mają wielkość typowego amerykańskiego znaczka pocztowego. Pozostałe obszary są wielkością bliższą główkom szpilek. W ciągu dnia na stacji uszkodzenia umożliwiają dotarcie światła słonecznego do detektorów, nasycając czujniki i zakłócając pomiary NICER. Zespół misji zmienił strategię obserwacji w ciągu dnia, aby złagodzić ten efekt. Uszkodzenie nie ma wpływu na obserwacje nocne.
Naszywki firmy NICER zostaną umieszczone na osłonach przeciwsłonecznych, jak pokazano poniżej. Pod nią widoczna jest mała wypustka, która blokuje łatkę na miejscu. Osłony przeciwsłoneczne z kompozytu węglowego zakrywają każdy z 56 koncentratorów promieniowania rentgenowskiego firmy NICER. Każdy parasol przeciwsłoneczny jest wsparty na trzech nóżkach montażowych z włókna szklanego w kolorze złotym. Źródło: NASA/Sophia Roberts
Wyzwania techniczne i rozwiązania
„NICER nie został zaprojektowany do serwisowania ani naprawy” – powiedział Keith Gendreau, główny badacz misji w Goddard. „Został zainstalowany automatycznie, a my obsługujemy go zdalnie. Kiedy postanowiliśmy zbadać możliwość łatania największych uszkodzeń osłon termicznych, musieliśmy opracować metodę, która wykorzystywałaby istniejące części teleskopu i zestawy narzędzi stacji. Nie moglibyśmy tego zrobić bez całego wsparcia i współpracy ze strony naszych kolegów z Johnson i całego programu stacji kosmicznej.
Rozwiązanie było w końcu proste. Zespół zaprojektował naszywki, każda w kształcie kawałka ciasta, które można wsunąć w osłony przeciwsłoneczne. Wypustka na dole każdej naszywki zamieni się w przestrzeń pomiędzy dolną częścią osłony przeciwsłonecznej a górną częścią osłony termicznej, utrzymując ją na miejscu.
Osłony termiczne NICER – pokazana tutaj srebrna folia – pokrywają każdy z 56 koncentratorów promieniowania rentgenowskiego misji. Blokują światło ultrafioletowe, podczerwone i widzialne, jednocześnie umożliwiając promieniom rentgenowskim przedostawanie się do znajdujących się pod nimi lusterek. Każda osłona ma grubość zaledwie około 160 nanometrów, czyli 500 razy cieńszą od ludzkiego włosa. Krucha tarcza jest wsparta ramą ze stali nierdzewnej, która składa się z kwadratów o boku 1/8 cala (3 milimetry) w każdym z klinów. Źródło: NASA/Sophia Roberts
Nadchodzący spacer kosmiczny i przyszłe oczekiwania
Podczas spaceru kosmicznego astronauci zainstalują pięć łatek. Pokryją najbardziej znaczące obszary uszkodzeń i zablokują światło słoneczne wpływające na pomiary rentgenowskie NICER.
Zestaw naprawczy zawiera w sumie 12 łatek, z możliwością dokupienia części zamiennych w razie potrzeby. Astronauci będą nosić naszywki w caddy – prostokątnej ramie zawierającej dwie zapasowe osłony przeciwsłoneczne z naszywkami w środku.
NICER ma 56 indywidualnych elementów ogniskujących promieniowanie rentgenowskie, zwanych koncentratorami, z których każdy zawiera 24 zagnieżdżone zwierciadła. Każdy koncentrator dostarcza promieniowanie rentgenowskie do własnego detektora. Pokazany tutaj koncentrator jest przechylony na bok, dzięki czemu kamera patrzy w umieszczone w nim lustra. Promienie rentgenowskie to światło o wysokiej energii, więc mogą przechodzić przez atomy zwierciadeł teleskopów, takich jak te w kosmicznych teleskopach Hubble’a i Jamesa Webba. Zamiast tego obserwatoria rentgenowskie wykorzystują zwierciadła padające, których powierzchnie są obrócone na boki. Promienie rentgenowskie przeskakują przez ich powierzchnie i docierają do detektorów. Źródło: NASA/Sophia Roberts
„NICER będzie pierwszym teleskopem rentgenowskim na orbicie obsługiwanym przez astronautów i dopiero czwartym obserwatorium naukowym, które w sumie zostanie poddane naprawie – dołączając do grona misji takich jak NASA Kosmiczny teleskop Hubble”- powiedział Charles Baker, inżynier systemów projektowych NICER w firmie Goddard. „Wspaniale było patrzeć, jak zestaw poprawek powstawał przez ostatni rok. NICER nauczył nas wielu wspaniałych rzeczy o kosmosie i naprawdę nie możemy się doczekać kolejnego etapu tej podróży.”
Caddy NICER to aluminiowe pudełko zawierające dwie zapasowe parasole przeciwsłoneczne misji, które są przymocowane do spodu. Wewnątrz osłon przeciwsłonecznych znajduje się 12 naszywek. Astronauci zabiorą ze sobą kompletny zestaw caddy na przyszły spacer kosmiczny, aby naprawić uszkodzenia osłon termicznych NICER. Umieszczą pięć łat na największych obszarach uszkodzeń, co umożliwi powrót misji do normalnego stanu operacyjnego w ciągu dnia stacji. Źródło: NASA/Sophia Roberts
Eksplorator składu wnętrza gwiazdy neutronowej (NICER) to instrument do astronomii rentgenowskiej znajdujący się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), skupiający się na badaniu gwiazd neutronowych, w tym pulsarów. Celem NICER, będącego częścią programu Explorers Programu NASA, jest pomiar ekstremalnych właściwości fizycznych gwiazd neutronowych, aby pogłębić naszą wiedzę na temat ich gęstych wnętrz. Wspiera także eksperyment SEXTANT, który testuje pulsaroparta na nawigacji dla statków kosmicznych, demonstrująca praktyczne zastosowania ustaleń naukowych.
