Telescopio espacial Hubble

Algún tiempo después del lanzamiento el 4/24/1990, los ingenieros que probaron imágenes del Telescopio Espacial Hubble (HST) notaron que las imágenes eran borrosas. No pudieron enfocar la imagen a través de los ajustes normales del equipo. Este fue el resultado de la aberración esférica que ocurrió después de que el espejo primario se molió demasiado plano en los bordes. El espejo se basa en base a datos de un dispositivo de medición llamado "corrector nulo reflectivo" o RNC. El RNC estaba fuera de su posición debido a un error de configuración. El error en el espejo primario no se descubrió.

Esto se debe principalmente al hecho de que tanto la NASA como Perkin Elmer se basaron únicamente en el RNC para las mediciones. Hubo grandes lagunas en Aseguramiento de la calidad y control de calidad en Perkin Elmer. El proyecto fue forjado con desafíos y amenazado con la cancelación por parte de la NASA. La NASA también tenía lagunas en su proceso de QA/QC.

Acciones correctivas:

Nota: Estas acciones correctivas se sugirieron originalmente en el Informe Allen, sección 10.

1. Identificar y mitigar el riesgo.
2. Mantener una buena comunicación dentro del proyecto.
3. Comprenda la precisión de las mediciones críticas.
4. Asegurar una clara asignación de responsabilidad.
5. Recuerde la misión durante la crisis.
6. Mantener una documentación rigurosa.

Fondo:

Algún tiempo después del lanzamiento el 4/24/1990, los ingenieros que probaron imágenes del Telescopio Espacial Hubble (HST) notaron que las imágenes eran borrosas. No pudieron enfocar la imagen a través de los ajustes normales del equipo. Las imágenes borrosas se determinaron mediante pruebas como una forma de aberración esférica. La aberración esférica ocurre cuando la luz reflejada desde el centro de un espejo se enfoca en un punto diferente al de la luz reflejada desde los bordes. Para comprender las causas de la aberración esférica en el HST, una breve descripción de cómo funciona el telescopio está en orden.

El HST es un telescopio Ritchey-Chretien de 2,4 m con una relación focal de f/24 y un rango óptico de 1.100 a 11.000 angstroms. Este tipo de telescopio tiene dos espejos. En el HST, el espejo primario es cóncavo y mide 2,4 metros de diámetro. El espejo secundario es convexo y mucho más pequeño con 0,3 metros de diámetro. Funciona de manera similar a un tiro de billar complejo. La luz entra desde donde apunta el telescopio, se refleja en el espejo primario y luego vuelve a reflejarse desde el espejo secundario a través de un orificio en el centro del espejo primario hasta el plano focal donde varios instrumentos pueden procesar la imagen. Puede ser más fácil entender cómo funciona al ver este diagrama:

Haga clic para ver la imagen del Telescopio Ritchey-Chretien

Este estilo es muy común y se usa en muchos telescopios terrestres. Pero para producir la claridad de imagen requerida, cada espejo debe producirse según las especificaciones exactas. Estos espejos tienen una base similar a la creación de lentes para anteojos. La principal diferencia (además de la escala) es la adición de una capa muy delgada de aluminio, que crea la superficie reflectante del espejo. El material se elimina con un sistema de pulido hasta que la superficie tenga la curvatura deseada. Si se elimina demasiado o muy poco durante el proceso, el espejo no se enfocará correctamente.

Cuando los ingenieros de prueba descubrieron la aberración esférica, necesitaban identificar qué era lo que la causaba. Después de ejecutar varias pruebas de diagnóstico, determinaron que el problema era con el espejo primario. Este informe examina cómo se produjo el error en el espejo principal junto con por qué este error no fue capturado en ningún momento hasta la prueba en órbita.

Error en el espejo primario:

En resumen, el espejo primario se molió demasiado plano en los bordes. Perkin Elmer Co. fabricó el espejo primario. Perkin Elmer ganó la licitación en gran parte debido a la finalización con éxito de un espejo de prueba de concepto más pequeño. El espejo más pequeño se construyó perfectamente. La idea era simplemente escalar el proceso para hacer un espejo más grande.

Para lograr las especificaciones adecuadas de la lente, Perkin Elmer necesitaba un dispositivo de medición que pudiera imitar la imagen final deseada perfectamente. Este dispositivo se denomina corrector nulo reflectante (RNC). El RNC usa espejos para determinar la cantidad de material que se debe eliminar del espejo primario. El proceso fue moler, probar y repetir hasta que se lograra la perfección. Ver esta imagen:

Haga clic para ver la imagen del pulido de espejo primario Hubble

El hombre en esta imagen no se da cuenta, pero los parámetros que controlan el enorme aparato de molienda son incorrectos. Esto se debe a que el dispositivo de medición RNC se colocó a 1.3 mm de distancia del espejo. Esto puede no parecer mucho, pero dadas las tolerancias extremadamente estrictas requeridas, fue suficiente para poner en peligro la usabilidad del HST.

El RNC estaba fuera de posición debido a un error en la configuración. Para que el RNC funcione correctamente, debe estar perfectamente ubicado sobre el espejo. Cuando Perkin Elmer construyó su prototipo de espejo más pequeño, lograron este posicionamiento mediante el uso de una varilla de medición cortada a una longitud exacta. Esta barra estaba equipada con una tapa en el extremo (llamada "tapa de campo") que permitía a los ingenieros lograr una alineación perfecta entre el RNC y el espejo primario.

El final de la barra es reflexivo. Los ingenieros reflejan la luz del extremo de la barra para establecer la distancia del RNC. El problema era que rebotaban la luz de la superficie de la tapa del campo en lugar del extremo de la barra. Una pequeña cantidad de pintura antirreflectante se había desprendido de la tapa del extremo, dejando al descubierto una superficie reflectante. El ancho de la tapa del campo era de 1.3 mm, de ahí la razón por la cual el RNC estaba ubicado a 1.3 mm de altura fuera del espejo.

Error no conocido:

El error en el espejo primario no fue descubierto. Esto se debe principalmente al hecho de que tanto la NASA como Perkin Elmer se basaron únicamente en el RNC para las mediciones. Confiaban completamente en el RNC para dirigir de manera correcta y precisa el proceso de molienda. Esto fue porque supuestamente "certificaron" la precisión del RNC (en realidad no hay documentación que respalde cómo se completó esto, o incluso que se realizó la certificación). Otros dispositivos de medición estaban disponibles y usados. Estos fueron el Refractive Null Corrector (RvNC) y el Inverso Null Corrector (INC). Ninguno de estos dispositivos era tan preciso como el RNC. Sin embargo, el error fue tan grande que ambos pudieron medir la aberración esférica en el espejo primario. Sin embargo, sus mediciones fueron descontadas en deferencia al RNC supuestamente "certificado".

Hubo grandes lagunas en Aseguramiento de la calidad y control de calidad en Perkin Elmer. La calidad no se le permitió el acceso al laboratorio de metrología. Calidad reportada directamente a Project Management. Esto creó un conflicto de intereses entre aquellos que intentan emplear sistemas de gestión de calidad y aquellos que intentan construir el espejo.

El ambiente de trabajo en el que todo esto tuvo lugar fue tóxico. El proyecto fue forjado con desafíos y amenazado con la cancelación por parte de la NASA. Esto creó un entorno de producción estresante en el que QA/QC se consideró un costo adicional e innecesario a la luz del hecho de que el proyecto de prueba de concepto fue tan fluido.

La NASA también tenía lagunas en su proceso de QA/QC. El Servicio de administración de contratistas de defensa (ahora la Agencia de administración de contratistas de defensa) no existía cuando se estaba construyendo el espejo primario. Antes de eso, el personal de la NASA aceptó el proceso de Perkin Elmer como satisfactorio.

Prueba final:

No hubo pruebas finales completas en la OTA completamente ensamblada. Esto se debe a que tal prueba realmente requeriría dos espejos más grandes que el espejo primario, construido con los mismos estándares exigentes. Esto costaría más que el telescopio en sí. Por lo tanto, cada uno de los componentes se probó de forma individual. Las mediciones finales en el espejo primario fueron en realidad extremadamente exactas, incluso más estrictas que las especificaciones requeridas. El problema era que estas medidas finales se estaban comparando con un estándar que provenía de la configuración defectuosa del RNC.
 

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