Участник:VladimirPF/Прибор

Широкоугольная и планетарная камера 2
англ. Wide Field and Planetary Camera 2, WFPC2, WFPC-2, WF/PC2, WF/PC-2
Производитель	Лаборатория реактивного движения
Год выпуска	1993
Матрица	ПЗС
Разрешение	4 по 800×800

Широкоугольная и планетарная камера 2

Широкоугольная и планетарная камера 2 (англ. Wide Field and Planetary Camera 2, WFPC2, WFPC-2, WF/PC2, WF/PC-2) — один из основных инструментов, эксплуатировавшийся на космическом телескопе «Хаббл» с 1993 по 2009 год. Камера была изготовлена «Лабораторией реактивного движения» (США). В 1993 году в ходе первой миссии обслуживания STS-61 камера была установлена вместо оригинальной «Широкоугольной и планетарной камеры 1» (WFPC1), которая имела производственный дефект и не могла выдать запланированные результаты. За время эксплуатации на борту комического телескопа «Хаббл» с помощью «Широкоугольной и планетарной камеры 2» было сделано большое количество изображений объектов, ранее недоступных для исследователей. Среди таких изображений Hubble Deep Field (1995 год), туманность Песочные часы (1996 год), туманность Яйцо (1996 год), Hubble Deep Field South (1998 год) и другие. Самой известной фотографией, сделанной с помощью «Широкоугольной и планетарной камеры 2» является «Столпы творения» (1995 год). В 2009 году во время экспедиции обслуживания STS-125 «Широкоугольная и планетарная камера 2» была заменена на «Широкоугольную камеру 3». WFPC2 была доставлена на Землю и в конце концов заняла место среди экспонатов Национального музея воздухоплавания и астронавтики Смитсоновского института в Вашингтоне, США.

За 15 лет эксплуатации помощью «Широкоугольной и планетарной камеры 2» было сделано более 135 000 наблюдений. На основе данных, полученных WFPC2 к концу эксплуатации камеры было написано более 3500 научных статей, а в следующем десятилетии ещё более 2000.

Стоимость разработки и изготовления камеры составила 101 млн. долларов США.

WFPC2 создал большинство потрясающих изображений, которые были опубликованы в качестве изображений для широкой публики на протяжении многих лет. Его разрешение и превосходное качество являются одними из причин того, что WFPC2 был наиболее часто используемым инструментом в первые 13 лет жизни Хаббла.

Европейское космическое агентство

 

Оригинальный текст (англ.)

WFPC2 has produced most of the stunning images that have been released as public outreach images over the years. Its resolution and excellent quality are some of the reasons that WFPC2 has been the most used instrument in the first 13 years of Hubble's life.

Изображения галактики М 100 (NGC 4321), сделанные WFPC1 (слева) и WFPC2 (справа)

Техническое описание

Общие характеристики Широкоугольной и планетарной камеры 2

Вес	281 кг
Размеры	2,2×0,8×2,0 м
Поле зрения	2,7′
Диапазон длин волн	от 120 до 1000 нм

Телескоп «Хаббл» спроектирован таким образом, что наблюдения могут производить сразу два прибора. Например, во время работы Спектрографа тусклых объектов одновременно наблюдения производила камера WFPC2.

Важным улучшением по сравнению с WFPC1 была разработка нового молекулярного адсорбера, который защищал ПЗС-матрицы от загрязнений. Перед разработчиками Молекулярного адсорбера для WFPC2 была поставлена задача добиться снижения потери эффективности ПЗС-матриц в полосе пропускания 1470 Å менее 1% за 30 дней. Для сравнения у WFPC1 этот показатель составлял 50% в течение 5 часов. Снижение эффективности ПЗС-матриц происходило за счёт накопления молекулярных загрязнений на поверхности охлаждённых ПЗС-матриц, образующихся из газов, выделяемых системами телескопа и внешней атмосферы. Система вентиляционных отверстий в корпусе не решала проблему, а усугубляло её: вокруг телескопа могло образоваться облако газов, которое приводило к загрязнению оптические приборов. Для решения задачи было выбрано два пути: применение матриц, работающих при более высоких температурах (от -50 до -100°С) и разработка нового молекулярного адсорбера, который снижал загрязнение в 10 раз.

История

Проект космического телескопа «Хаббл» изначально предполагал возможность ремонта и замены части оборудования. Среди заменяемых научных инструментов была Широкоугольная и планетарная камера (WFPC-1). Так как, по первоначальным планам телескоп доложен был быть запущен в космос в 1983 году, то замена камеры планировалась во время первой миссии обслуживания.

В 1985 году научный сотрудник программы «Хабл» предложил создать второй экземпляр Широкоугольной и планетарной камеры.

Это была мантра: Мы не можем допустить, чтобы «Хаббл» ослеп, поэтому давайте создадим точную копию WFPC.

20 мая 1990 года с борта "Хаббла" поступили первые фотографии, которые продемонстрировали вскрывшейся дефект главного зеркала телескопа. 27 июня 1990 года представители НАСА провели пресс-конференцию, на которой показали фотографии и рассказали о вскрывшемся дефекте.

Для этого JPL изготавливала Широкоугольную и планетарную камеру 2 (WFPC-2). Однако запуск телескопа неоднократно переносился и был произведён 24 апреля 1990 года. После запуска обнаружилось множество дефектов, среди которых главным было нарушение формы главного зеркала. Возвращение телескопа на Землю для ремонта было признано невозможным. Замена дефектного зеркала не предусматривалась конструкцией телескопа. И в качестве решения возникших проблем было принято решение ввести в состав оборудования дополнительные элементы, компенсирующие дефект главного зеркала, и модернизировать приборы, планировавшиеся к плановой замене. Среди дорабатываемых приборов была камера WFPC-2.

Было принято решение изменить форму вторичных зеркал в малых телескопах WFPC-2. В течение двух лет в камеру вносились необходимые изменения, которые должны были компенсировать недостатки главного зеркала.

Тренировка установки Широкоугольной и планетарной камеры 2 в гидробассейне 5 мая 1993 года

Для проведения первой миссии обслуживания «Хаббла» был запланирован полёт шаттла «Индевор» STS-61. Программа полёта и весь комплекс запланированных работ требовал от астронавтов значительной подготовки. К примеру, на отработку действий в открытом космосе астронавтами было использовано 400 часов на тренировку в гидробассейне в Центре космических полётов имени Джорджа Маршалла. Кроме этого отдельно проводились тренировки в термобарокамере и с использованием виртуальной реальности. Стори Масгрейв отмечал:

За мои 26 лет в НАСА я никогда ещё не видел столь детального, энергичного подхода, попыток вскрыть все неожиданности, предусмотреть все возможности, все опасности, которые могут случится в ходе полёта.Масгрейв, Стори

Журналисты отмечали, что никто из разработчиков и участников готовящейся миссии обслуживания не верил, что в ходе полёта будут выполнены все семь основных и пять второстепенных задач. Считалось, что полёт будет успешным если удастся хотя бы заменить солнечные батареи, Широкоугольную и планетарную камеру 2 и установить блок корректирующей оптики. Предполагалось, что через полгода-год будет произведён второй полёт, который позволит выполнить всё, что не удалось сделать в ходе миссии STS-61.

1 июня 1993 года JPL отправила готовую камеру WFPC-2 из Калифорнии в Мериленд, в Центр космических полётов имени Годдарда, куда прибор прибыл 4 июня. 6 августа, в числе прочего оборудования, WPFC-2 на барже для перевозки центрально бака был отправлен из Мириленда на мыс Конаверал. После прибытия 11 августа начались комплексные испытания обородования.

9 декабря 1993 года шаттл «Индевор» стартовал с мыса Канаверал. Самася сложная и самая дорогая на момент старта миссия началась.

Установка камеры в ходе STS-61

Установка камеры на борт «Хаббла» была произведена в ходе экспедиции обслуживания STS-61.

Во время 6-х суток полёта шаттла «Индевор» (в ночь с 6 на 7 декабря 1993 года) Стори Масгрейв (специалист полёта 4, командир полезной нагрузки) и Джеффри Алан Хоффман (специалист полёта 3) совершили выход в открытый космос для замены Широкоугольной и планетарной камеры 1 и двух магнетометров. Это был третий выход в рамках миссии и второй для данной пары астронавтов в рамках STS-61. По графику выхода в космос для замены камеры было запланировано 4 часа 15 минут. Ещё 1 час отводился на замену магнетометров.

В 22:33 EST была разгерметизирована шлюзовая камера и астронавты вышли в шлюзовой отсек. Джеффри Хоффман закрепился на якоре манипулятора «Канадарм», а Стори Масгрейв воспользовался переносным якорем, установленным в нижней части телескопа. Извлечение камеры WFPC-1 из корпуса «Хаббла» производилось на ночной стороне 73-го витка. Эта предосторожность была вызвана опасностью повредить научное оборудование телескопа солнечным светом. В результате единственными источниками света оставались фонарики на скафандрах и лампа, освещавшая рабочую зону через иллюминатор «Индевора». Демонтаж камеры WFPC-1 прошёл легко: Хоффман взялся за ручки на корпусе, оператор манипулятора «Канадарм» швейцарский астронавт Клод Николье (специалист полёта 2) плавно отвёл манипулятор и старая камера вышла из корпуса. Стори Масгрейв контролировал процесс извлечения и удерживал двухметровый прибор от колебаний. Снятая камера была закреплена на временной опоре в грузовом отсеке шаттла.

В 00:24 EST (наступило 7 декабря) WFPC-2 была извлечена из транспортного контейнера. Джеффри Хоффман прокомментировал операцию:

О, посмотрите на этого бэби. Это великолепный, потрясающий новый вифпик! С ним мы увидим отличные картинки.Джеффри Алан Хоффман

В 01:06 EST WFPC-2 был установлен в корпус «Хаббла». Установка так же производилась на ночном отрезке витка. Весь процесс подготовки и монтажа камеры прошёл настолько легко, что астронавты справились на 45 минут раньше графика. Через 35 минут из ЦУП поступило подтверждение успешности монтажа новой камеры. Неожиданности возникли при замене магнитометров. При демонтаже старых магнитометров возникла опасность выделения газов, опасных для оптики телескопа. В конце концов, все задачи были выполнены и в 05:22 EST астронавты завершили выход в открытый космос.

Тестирование новой камеры в составе телескопа началось в 05:40, а первый тестовый снимок был передан на Землю в 07:35 EST. Завершив установку Широкоугольной и планетарной камеры 2 экипаж «Индевора» выполнил минимальный лимит задач миссии STS-61. Успешное завершение смены камер было отмечено проигрыванием композиции «Теперь я вижу хорошо» («англ. I Can See Clearly Now») американского певца Джонни Нэша в качестве сигнала побудки экипажа в седьмой день полёта.

В целом миссия STS-61 была признана успешной: все 7 основных и 5 второстепенных задач по ремонту и обслуживанию телескопа «Хаббл» были выполнены.

Фотографии галактики М100, последовательно сделанные тремя камерами: WFPC, WFPC2 и WFC

Демонтаж и возвращение на Землю в ходе STS-125

Замена камеры WFPC-2 была внесена в программу сервисной миссии SM-4.

Миссия обслуживания SM-4 была последней из запланированных не для полёта к МКС. После катастрофы шаттла «Колумбия» 1 апреля 2003 года сервисная миссия была отменена: это объяснялось невозможностью в полёте проверить состояние плиток теплозащитного покрытия. Ситуация изменилась после назначения на должность администратора НАСА Майкла Гриффина. Старт экспедиции обслуживания STS-125 был запланирован на 14 октября 2008 года, однако за две недели до статра было принято решение отменить миссию: 27 сентября на борту «Хаббла» произошол сбой, который прервал поступление научной информации с борта телескопа. Запуск шаттла «Атлантис» был перенесён на неопределённый срок.

Ссылки

• Hubble's Instruments: WFPC2 (Wide Field Planetary Camera 2) : [англ.] // ESA/Hubble : электр. изд..
• WFPC2 : [англ.] : [арх. 4 ноября 2022] // Space Telescope Science Institute : электр. изд..

• Wide Field andPlanetary Camera 2Instrument Handbookfor Cycle 13
• Камера, которая спасла Хаббл... Дважды: широкоугольная и планетарная камера JPL 2
• [1]
• камера!
• Камера, изменившая Вселенную 1
• Камера, изменившая Вселенную 2
• Камера, изменившая Вселенную 3
• Камера, изменившая Вселенную 4
• Камера, изменившая Вселенную 5
• Правда о Хаббле, JWST и ложном цвете
• Крупный план космической камеры
• wfpc2
• сервисная миссия 1
• анимация ступенек
• Карточка музейного объекта
• Приборы Хаббла
• Поле зрения Хаббла
• Описание и научные цели
• Micrometeoroid Impacts on the Hubble Space Telescope Wide Field and Planetary Camera 2: Larger Particles
• результаты первых 6 месяцев работы
• то что сверху
• Зеокало
• Джон Траугер
• фликр
• сбой камеры
• Матрица
• Музеи

Principle of operation

The Kerber-T detector was designes by specialists from Yuzhpolimetall-Holding and the Moscow Engineering Physics Institute. Development was completed at the end of 2010[1]. Kerber-T operates on the basis of ion mobility spectrometry [en]. During operation, the device continuously sucks in air, which is sent to the ionization chamber. For ionization, a corona discharge generator is used, which ionizes the molecules contained in the air. Target substances entering the device are ionized by chemical ionization at atmospheric pressure, and non-ionized molecules are blown into the surrounding air. The ionized molecules are held in the ionization chamber by an ion gate. After opening the ion gate, the ions enter the drift chamber with an electric field gradient. Depending on the mass and size, ions (ionized molecules) move at different speeds through the drift chamber: heavy ones move slower, and light ones move faster. By measuring the velocities of ionized molecules, you can determine their composition. The measurement takes place at the ion current collector, which generates a signal that enters the amplification and processing system. Kerber-T generates 10 spectra per second, which makes it possible to perform statistical processing and discard noise caused by random changes in the composition of the air flow and electromagnetic interference[2].

Functioning

The key distinguishing feature of the Kerber-T ion drift sensor when it entered mass production was that it was the only gas analyzer that could simultaneously detect positively and negatively charged ions[3]. The device can detect all types of explosives, including homemade ones, based on organic peroxides and inorganic nitrates. The design of the sampling unit allows air analysis and analysis of microparticles on the surface of the sampling cloth. The swab is a sheet of food-grade aluminum foil[4]. The capacity of the air intake pump is 5-10 cm3 / s[5]. An important feature is the use of a non-radioactive ionization source in the device[6]. The device's built-in software analyzes the data received by the drift camera sensors and compares it with the data stored in the device's memory. If the compound is detected and its number exceeds the set threshold, then Kerber-T sends the appropriate signals[5]. The results can be displayed graphically on the built-in screen, on an external screen, or recorded on a memory card. The time of any analysis option does not exceed 5 seconds[4]. The device is operated by one person. The weight of 3.5 kg provides high mobility, and operation from a replaceable battery provides high autonomy. The device can operate from a 220 V network. For the sensor to work correctly, the ambient temperature must be between 0° and 50°C, and the humidity must be between 20 and 80 %[7]. According to the official periodical of the engineering troops of the Armed Forces of the Russian Federation "Engineering magazine" for April 2019, the Kerber-T IDD "is the lightest and most compact bipolar ion mobility spectrometer in the world" [4].

Application

The Kerber-T device is designed to detect and identify trace quantities of non-volatile and volatile substances (toxic, chemically hazardous, explosive and narcotic) in the air and on surfaces, including hands[8]. During 2010-2011, the Kerber-T gas analyzer was tested in leading specialized laboratories in Russia[1]:  •the Center for special equipment of the FSB of Russia conducted tests on explosives, narcotic substances and resistance to false positives;  •The Department of explosion and fire technical expertise of the ECC of the Ministry of Internal Affairs of the city of Moscow conducted tests on explosives and resistance to false positives;  •The Department of special and forensic support of the Federal Drug Control Service of Russia conducted tests on narcotic substances;  •Institute of problems of ecology and evolution them. Severtsova RAS and Federal state unitary enterprise "NPP "Delta" conducted tests on toxic substances and a number of classes of organic compounds;  CJSC "Spetspribor" (Tula) conducted tests on toxic substances. In August 2011, serial production of the Kerber-T IDD began[1]. In 2012 the Center for special equipment of the Federal security service of Russia together with the Moscow metro conducted a pilot operation at the station Okhotny Ryad. During the test operation, there was not a single false positive response of the detector[1]. Extensive production of the Kerber-T began in 2011[9]. The device is used in Russia at transport infrastructure facilities: airports, railway stations, metro, etc. [10]. It is actively used in the customs control[9]. The device is actively sold outside the Russian Federation. For example, in 2017, the Ministry of Internal Affairs of the Republic of Uzbekistan conducted combat training sessions for personnel of the main departments and independent departments of the Ministry, as well as senior employees belonging to the group of the Minister of Internal Affairs, during which employees of the special unit for detecting, neutralizing and destroying explosive devices and explosive objects demonstrated how to use the Kerber-T ion drift detector[11]. The Kerber-T gas analyzer was successfully used by units of the RCBD troops of the Armed Forces of the Russian Federation during the military operation in Syria[4]. In addition to law enforcement agencies, the Kerber-T is used by institutions with a large number of visitors such as theaters, shopping and entertainment centers, museums, etc. For example, in 2019, from 2 to 16 September The State Tretyakov Gallery organized a test operation, after which it was decided to use the device to ensure security at the entrances to the gallery[12][13]. As of March 2019, more than 3,000 copies of the IMS Kerber-T were produced and sold[14]. Various devices that detect dangerous substances were designed on the basis of the Kerber-T: a stationary gas analyzer "Segment", a compact analyzer of substances on the surface of the arm"Shelf-TI-R" [10]. Associate Professor of Institute of Forensic Expertise (Eurasian National University, Nur-Sultan, Kazakhstan) N. B. Mergembaeva PhD in 2020 noted that "Kerber-T" refers to "the most reliable search tools for the detection of direct signs of explosive devices, along with manufactured in the USA detectors Q-Scan QR-160 QR-500"[1][15]. The same evaluation of the ion-drift detector "Kerber-T" was given in 2016 by E. D. Isaeva , the candidate of legal sciences, senior lecturer of general legal disciplines of the All-Russian Advanced Training Institute of the Russian Federation Ministry of the Interior.[16]

Ссылки

• Technology Update: More than meets the eye. Russia Today. Дата обращения: 26 июля 2020. {{cite AV media}}: Неизвестный параметр |date2= игнорируется (справка)