telescópio espacial Hubble

Algum tempo após o lançamento em 24/04/1990, engenheiros testando imagens do Telescópio Espacial Hubble (HST) notaram que as imagens estavam borradas. Eles não conseguiram focar a imagem através de ajustes normais no equipamento. Este foi o resultado da aberração esférica que ocorreu depois que o espelho primário foi moído de forma muito plana nas bordas. O espelho é aterrado com base em dados de um dispositivo de medição chamado “corretor nulo refletivo” ou RNC. O RNC estava fora de posição devido a um erro na configuração. O erro no espelho primário não foi descoberto.

Isso se deve principalmente ao fato de que tanto a NASA quanto a Perkin Elmer dependiam exclusivamente do RNC para medições. Houve grandes lacunas na garantia de qualidade e controle de qualidade na Perkin Elmer. O projeto foi forjado com desafios e ameaçado com o cancelamento pela NASA. A NASA também teve lacunas em seu processo de QA / QC.

Ações corretivas:

Nota: Estas ações corretivas foram originalmente sugeridas no Relatório Allen, seção 10.

1. Identifique e mitigue o risco.
2. Mantenha uma boa comunicação dentro do projeto.
3. Entenda a precisão das medições críticas.
4. Assegure uma atribuição clara de responsabilidade.
5. Lembre-se da missão durante a crise.
6. Mantenha uma documentação rigorosa.

Fundo:

Algum tempo após o lançamento em 24/04/1990, engenheiros testando imagens do Telescópio Espacial Hubble (HST) notaram que as imagens estavam borradas. Eles não conseguiram focar a imagem através de ajustes normais no equipamento. As imagens borradas foram determinadas através de testes para ser uma forma de aberração esférica. A aberração esférica ocorre quando a luz refletida do centro de um espelho se concentra em um ponto diferente da luz refletida pelas bordas. Para entender as causas da aberração esférica no HST, uma breve descrição de como o telescópio funciona está em ordem.

O HST é um telescópio Ritchey-Chretien de 2,4 m com uma razão focal de f / 24 e um alcance óptico de 1.100 a 11.000 angstroms. Este tipo de telescópio tem dois espelhos. No HST, o espelho primário é côncavo e tem 2,4 metros de diâmetro. O espelho secundário é convexo e muito menor a 0,3 metros de diâmetro. Ele funciona de forma semelhante a um tiro complexo de bilhar. A luz vem de onde quer que o telescópio esteja apontado, reflete-se no espelho primário, depois se reflete novamente no espelho secundário através de um buraco no centro do espelho primário para o plano focal onde vários instrumentos podem processar a imagem. Pode ser mais fácil entender como isso funciona visualizando este diagrama:

Clique para foto do Telescópio Ritchey-Chretien

Este estilo é muito comum e usado em muitos telescópios terrestres. Mas, para produzir a clareza de imagem necessária, cada espelho deve ser produzido para especificações exatas. Esses espelhos são trilados de maneira semelhante à criação de lentes para óculos. A principal diferença (além da escala) é a adição de uma camada muito fina de alumínio, que cria a superfície reflexiva do espelho. O material é removido com um sistema de polimento até que a superfície tenha a curvatura desejada. Se muito ou pouco for removido durante o processo, o espelho não focará corretamente.

Quando os engenheiros de teste descobriram a aberração esférica, precisaram identificar o que estava causando isso. Depois de executar vários testes de diagnóstico, eles determinaram que o problema estava no espelho primário. Este relatório examina como ocorreu o erro no espelho primário junto com o motivo pelo qual esse erro não foi detectado em nenhum ponto até o teste em órbita.

Erro no espelho primário:

Em resumo, o espelho primário era muito plano nas bordas. A Perkin Elmer Co. fabricou o espelho primário. Perkin Elmer ganhou a licitação em grande parte devido à conclusão bem-sucedida de um espelho menor de prova de conceito. O espelho menor foi construído perfeitamente. A ideia era simplesmente escalar o processo para fazer o espelho maior.

Para obter as especificações adequadas da lente, a Perkin Elmer precisava de um dispositivo de medição que pudesse imitar perfeitamente a imagem final desejada. Este dispositivo é chamado de Reflective Null Corrector (RNC). O RNC usa espelhos para determinar quanto material precisava ser removido do espelho primário. O processo consistia em moer, testar e repetir até que a perfeição fosse alcançada. Veja esta imagem:

Clique para foto do Polimento Primário do Espelho Hubble

O homem nesta imagem não percebe isso, mas os parâmetros que controlam o aparelho de moagem estão incorretos. Isso ocorre porque o dispositivo de medição RNC foi posicionado a 1,3 mm de distância do espelho. Isto pode não parecer muito, mas dadas as tolerâncias extremamente apertadas exigidas, foi o suficiente para comprometer a usabilidade do HST.

O RNC estava fora de posição devido a um erro na configuração. Para que o RNC funcione corretamente, ele deve estar perfeitamente posicionado acima do espelho. Quando a Perkin Elmer construiu seu protótipo de espelho menor, eles conseguiram esse posicionamento usando uma haste de medição cortada em um comprimento exato. Esta haste foi equipada com tampa na extremidade (chamada de “tampa de campo”) que permitiu aos engenheiros alcançar o alinhamento perfeito entre o RNC e o espelho primário.

A extremidade da haste é reflexiva. Os engenheiros refletem a luz da extremidade da haste para definir a distância do RNC. O problema era que eles refletiam a luz da superfície do campo em vez da extremidade da haste. Uma pequena quantidade de tinta antirreflexo se soltou da tampa, expondo uma superfície refletora. A largura da capa de campo era de 1,3 mm - daí a razão pela qual o RNC estava posicionado a 1,3 mm de altura do espelho.

Erro foi Undiscovered:

O erro no espelho primário não foi descoberto. Isso se deve principalmente ao fato de que tanto a NASA quanto a Perkin Elmer dependiam exclusivamente do RNC para medições. Eles tinham total confiança no RNC para direcionar corretamente e com precisão o processo de moagem. Isso porque supostamente “certificaram” a precisão do RNC (na verdade, não há documentação que suporte como isso foi concluído, ou mesmo que a certificação tenha sido feita). Outros dispositivos de medição estavam disponíveis e eram usados. Estes foram o Refractive Null Corrector (RvNC) e o Inverse Null Corrector (INC). Nenhum desses dispositivos foi tão preciso quanto o RNC. No entanto, o erro foi tão grande que ambos realmente conseguiram medir a aberração esférica no espelho primário. No entanto, suas medidas foram descontadas em deferência ao RNC supostamente "certificado".

Houve grandes lacunas na garantia de qualidade e controle de qualidade na Perkin Elmer. A qualidade não tinha permissão para acessar o laboratório de metrologia. E Qualidade reportada diretamente ao Gerenciamento de Projetos. Isso criou um conflito de interesses entre os que tentam empregar sistemas de gerenciamento de qualidade e aqueles que tentam construir o espelho.

O ambiente de trabalho em que tudo isso aconteceu era tóxico. O projeto foi forjado com desafios e ameaçado com o cancelamento pela NASA. Isso criou um ambiente de produção estressante no qual o QA / QC foi considerado um custo adicional e desnecessário, tendo em vista o fato de que o projeto de prova de conceito foi tão tranquilo.

A NASA também teve lacunas em seu processo de QA / QC. O Serviço de Administração do Emissor de Defesa (agora a Agência de Gerenciamento do Empreiteiro de Defesa) não existia quando o espelho primário estava sendo construído. Antes disso, o pessoal da NASA aceitou o processo Perkin Elmer como satisfatório.

Teste final:

Não houve testes finais de ponta a ponta concluídos no OTA totalmente montado. Isso porque, na verdade, esse teste exigiria dois espelhos maiores que o espelho primário, criados com os mesmos padrões de exatidão. Isso custaria mais do que o próprio telescópio. Portanto, cada um dos componentes foi testado individualmente. As medições finais no espelho primário foram realmente extremamente exatas - ainda mais apertadas do que as especificações exigidas. O problema era que essas medidas finais estavam sendo comparadas a um padrão que vinha da configuração defeituosa do RNC.

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