Идея космического телескопа имеет давнюю историю и восходит к немецкому пионеру ракетной техники Герману Оберту, который выдвинул свою идею в 1923 году. Позднее, в 1952 году, его ученик и последователь Вернер фон Браун, работая совместно с художником Чесли Бонестеллом, создал оказавшую на многих глубокое влияние серию иллюстрированных статей о перспективах пилотируемого освоения космоса. Статьи публиковались в журнале Collier's. В числе прочего фон Браун описывает орбитальный космический телескоп, который управляется автоматически, а астронавты лишь время от времени наносят ему визиты для замены фотопленки. Хотя фон Браун и не сумел предугадать будущих достижений в области получения цифровых изображений, сама идея о том, что люди могут удаленно обслуживать размещенные в космосе телескопы, реализовалась.
Однако ранняя концепция телескопа «Хаббл» предполагала, что его обслуживание в полете будет проводиться только при помощи роботов. Сценарий был такой: шаттл выполняет сближение с телескопом, его захват при помощи руки-манипулятора и установку на жесткое основание в своем отсеке полезной нагрузки (практически так это и происходило во время реальных полетов для обслуживания аппарата).
Но в сценарии не предусматривалось, что астронавтам потребуется надевать космические скафандры и напрямую манипулировать с аппаратурой телескопа. Идея заключалась в том, что рука-манипулятор будет заменять модули телескопа, вытаскивая из него части, подлежащие замене, помещая их в отсек полезной нагрузки и вставляя взамен новые. Все компоненты должны быть заранее известны и размещаться на жесткой монтировке, так что задача казалась посильной даже для робототехники 1970-х годов – по образцу автоматической сборки на конвейере.
Люди должны были управлять процессом, находясь внутри гермокабины «челнока», и лишь отдавать руке-манипулятору команды на выполнение заранее запрограммированных задач. «Все, что требовалось от астронавта, это сидеть в отсеке и жать на кнопки, – вспоминает Фрэнк Сеполлина, отец-основатель практики обслуживания спутников на орбите в NASA, – а манипулятор заменял бы модули-инструменты». Для отработки этих операций было построено большое сооружение-тренажер, где модули телескопа с датчиками и целевой аппаратурой можно было извлекать и заменять при помощи средств роботизации. Такое понимание задачи подстегнуло создание механической руки-манипулятора для шаттла, которая была сделана в Канаде и сравнительно поздно стала разрабатываться как часть системы спейс-шаттла.
Многое из этого исходного варианта и в самом деле вошло в реальные сценарии ремонтных работ на «Хаббле»: например, жесткое крепление телескопа и управление рукой-манипулятором изнутри кабины «челнока». Но решающую роль все же сыграли астронавты в скафандрах, работавшие в пределах отсека полезной нагрузки, зачастую – в закрепленном положении на конце манипулятора, а иной раз практически полностью забираясь внутрь ремонтируемого инструмента.
«Хаббл» стал первым спутником NASA, построенным с учетом возможности ручного ремонта. Он был выведен на орбиту в 1990 году, и вскоре представился случай такой ремонт выполнить. Из-за ряда ошибок в расчетах и промашек, допущенных конструкторами, оказалось, что некоторые небольшие отклонения от правильной формы были допущены одновременно и в главном зеркале телескопа, и в том оборудовании, при помощи которого проверялась правильность формы.
Когда оказалось, что качество получаемых с «Хаббла» изображений не соответствует ожиданиям, сложилось впечатление, что дорогущий телескоп на орбите, затраты времени и средств на который были больше обещанных, – сущий хлам. «Название "Хаббл" звучало для всех, как "Гинденбург"
[15], – вспоминал астронавт Джефф Хоффман. – Для NASA это была катастрофа».
На обложке выпуска от 9 июля 1990 года журнала Newsweek красовался заголовок: «Звезды нам не светят: NASA просчиталось на 1,5 млрд долларов». И это лишь один из примеров обрушившихся на управление злых шуток и обвинений.
Так, невероятная серия операций по ремонту «Хаббла» началась с необходимости заменить неисправную оптику телескопа. NASA сумело собрать команду ремонтников, которым предстояло выполнять свою работу в космосе. Ведущими специалистами были Джефф Хоффман и Стори Масгрейв. Хоффман, получивший в Гарварде ученую степень доктора в области астрофизики, до этого трижды летал в космос. Масгрейв имел подготовку и опыт в различных областях: он был авиамехаником и пилотом авиации корпуса Морской пехоты США, а также врачом. Его опыт в хирургии давал надежду на то, что он справится со сложными манипуляциями, необходимыми для решения задачи. Двоим астронавтам предстояло поступить с «Хабблом» как с живым пациентом: вскрыть его оболочку, заменить определенные части, устранить проблемы, провести необходимые усовершенствования, а затем подлатать и отпустить на все четыре стороны.
Перед стартом администратор NASA Дэниел Голдин вызвал команду корабля в свой офис и заявил им, что будущее агентства зависит от того, насколько хорошо они выполнят свою работу. Проект перспективной космической станции только обсуждался в конгрессе, и его судьба еще не решилась. NASA было необходимо доказать, что оно способно компенсировать допущенные при создании «Хаббла» ошибки, а его люди могут выполнять сложную, рискованную работу на орбите. Для сборки станции требовалось очень много ручного труда, но, если бы NASA не удалось восстановить свою репутацию с «Хабблом», конгресс не доверил бы управлению новый, гораздо более масштабный проект. Чисто техническая на первый взгляд задача починки инструмента, предназначенного для того, чтобы вглядываться в глубины космоса, имела далекоидущие политические последствия на Земле.
Для того чтобы привыкнуть работать в невесомости, команда долгими часами тренировалась в специальной гидролаборатории NASA. Отрабатываемые действия были столь сложны, что их список не помещался у Масгрейва и Хоффмана на справочных табличках, прикрепляемых к запястьям. Их коллегам, остающимся внутри «челнока», приходилось зачитывать им инструкции по радио. Хоффман и Масгрейв улучшили и заново написали сценарий ремонта, предоставленный производителем, попутно отрабатывая «хореографию» своих перемещений и действий в особых ситуациях, о возможности которых никто не сообщал им заблаговременно.
Пуск шаттла «Индевор» в декабре 1993 года положил начало одному из самых дерзких предприятий за все время действия программы «космического челнока». Планом полета было предусмотрено пять сеансов внекорабельной деятельности, и еще два могли быть выполнены в случае необходимости. Через сутки после запуска «Индевор» сблизился на орбите с «Хабблом». За это время команда успела проверить работу всего оборудования. Вскоре астронавты заметили несчастный телескоп, и тут же стало ясно, что у него есть еще одна проблема: действующие панели солнечных батарей оказались повреждены. На следующий день, чтобы подготовить аппарат к ремонту, из наземного центра управления в Мэриленде «Хабблу» были посланы команды перейти в защитный режим и сложить антенны.
