「ハッブル宇宙望遠鏡」の姿勢制御装置が故障 - 観測への影響は軽微

米国航空宇宙局(NASA)は2018年10月9日、「ハッブル宇宙望遠鏡」にトラブルが発生し、科学観測を停止したと発表した。

トラブルを起こしたのは、「ジャイロ(ジャイロスコープ)」と呼ばれる、機体の姿勢を検出・測定する装置。これまで使っていたジャイロのひとつが寿命により故障したため、別のジャイロに切り替えたものの、正常に動作しなかった。

NASAは復旧に向けて取り組んでいるが、仮にこのジャイロが使えない状態でも、他の正常なジャイロのみで観測を続けることは可能だとしている。

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  2009年に撮影されたハッブル宇宙望遠鏡 (C) NASA

寿命を迎えた古いジャイロと、問題を抱えた新しいジャイロ

NASAによると、トラブルが起きたのは米東部夏時間の10月5日18時ごろのことで、ハッブルに搭載されている「ジャイロ(ジャイロスコープ)」と呼ばれる装置に問題が発生した。

ジャイロは、機体の姿勢を正確に検出・測定するための装置で、そのデータをもとに、リアクション・ホイールを動かして機体の姿勢を変えたり、一定の姿勢に保ったりといった操作を行う。広い宇宙の中から、観測対象の天体に正確に望遠鏡を向けたり、自身や天体が移動する中で望遠鏡を向け続けたりする際に必要不可欠な装置である。

ハッブルには合計6つのジャイロが搭載されており、そのうち3つを使って運用することが基本となっている。

現在搭載されている6つのジャイロは、2009年に行われたスペース・シャトル(STS-125)による最後の修理ミッション(Service Mission-4)で交換、取り付けられたもの。ただしすべて同型というわけではなく、約5万時間の設計寿命をもつ従来型ジャイロが3つ、数十万時間の寿命をもつ改良型ジャイロが3つと、2種類がある。

この修理ミッション後、ハッブルはまず従来型のジャイロ3つを使って観測を行ったが、そのうち2つはジャイロが寿命を迎えたことからすでに停止。今回のトラブルが起こるまでは、従来型ジャイロ1つ、改良型ジャイロ2つで運用していた。

今回のトラブルは、まず最後の従来型ジャイロが故障したことから始まった。もともとこのジャイロは、この春に設計寿命を迎えていたことから、いつ壊れてもおかしくなかったという。関係者は「この故障は予期していたものです。大きな驚きではありません」と語る。

運用チームはこれを受け、この壊れたジャイロの代わりに、予備として温存していた3つ目の改良型ジャイロを起動した。しかし、運用に使えるレベルの性能を示さないことが判明。これを受けて、ハッブルは機体を安全な状態に保つため、必要最低限の機器のみで動かす「セーフ・モード」に入った。

NASAによると現在、この改良型ジャイロに起きた不具合について調査しているという。

もし原因がわかり、復旧させることができれば、改良型ジャイロ3つを使って運用を再開するとしている。しかし、もし復旧できなかった場合は、生きている2つのジャイロのうち1つのみ使用するモードで運用を続けるという。

ハッブルの運用に携わる、米国・宇宙望遠鏡科学研究所(STScI)のRachel Osten氏によると、ハッブルはもともと、ジャイロが2つ、あるいは1つの状態でも、観測自体はできるようになっているという。ただ、2つでも1つでも性能にあまり違いがないことや、1つを温存したいという考えもあり、1つのみでの運用をすることになるとしている。

ジャイロ1つのみで観測した場合、一定の時間あたりに観測できる範囲が狭くなってしまったり、高速で移動する天体を追跡できなくなったりといった影響が考えられるが、NASAによると、そうした影響は出るものの、その度合いは比較的小さく、ハッブル全体の能力や科学的成果を損なうものではないという。

NASAは「ハッブルの観測装置はまだ完全な状態にあり、今後も数年間、優れた科学的成果を生み出し続けられるでしょう」としている。

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  宇宙に浮かぶハッブル宇宙望遠鏡 (C) NASA

ハッブルは2020年代前半まで運用、後継機の開発も進む

ハッブル宇宙望遠鏡は1990年に打ち上げられた、世界初の宇宙に浮かぶ光学望遠鏡である。その名前は、米国の有名な天文学者エドウィン・ハッブルにちなんでいる。

地球の高度約550kmの軌道をまわっており、口径2.4mの望遠鏡を使い、紫外線から可視光、赤外線にかけての波長で宇宙を観測することができる。地上の望遠鏡とは違い、天候や大気の影響を受けることなく、宇宙や天体をきわめて高い精度で観測できることを最大の特長としている。

その撮影した画像は、天文学の発展に大きく貢献。そしていまなお新しい成果を生み出し続けているとともに、その美しい画像で、多くの人々をも魅了し続けている。

ハッブルは打ち上げ後、製造時の欠陥の改修やメンテナンス、観測能力の向上などを目的に、1993年と1997年、1999年、2002年、そして2009年の計5回、スペース・シャトルが訪れ、宇宙飛行士による修理ミッションが行われている。しかし、現在ではシャトルが引退したため、直接訪れてのメンテナンスはできなくなった。後継機となるNASAの新型宇宙船「オライオン」や、民間企業の宇宙船でも修理はできないことから、運用終了までこのまま使い続けるしかない。

NASAでは2020年代のはじめごろまで運用を続けられるだろうとしている。

またNASAは現在、ハッブルの後継機となる「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(James Webb Space Telescope)」の開発を行っている。ハッブルとは異なり、紫外線や可視光を観測する能力はもたず、赤外線による観測のみに絞られているが、宇宙の誕生後に初めて誕生した星(ファースト・スター)の観測や、太陽系外にある惑星の探査など、ハッブルの成果を受け継ぐとともに、天文学をさらに発展させることができる大きな成果が得られると考えられている。

ジェイムズ・ウェッブの開発は大幅に遅れたが、現在のところ2021年3月30日に打ち上げが予定されている。ハッブルがこれ以上深刻な状態に陥らず、そしてジェイムズ・ウェッブの開発がこれ以上遅れなければ、無事に宇宙でバトンタッチすることができそうである。

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  2009年の修理ミッションにおいて、シャトルの窓から撮影されたハッブル宇宙望遠鏡 (C) NASA

参考

・Hubble in Safe Mode as Gyro Issues are Diagnosed | NASA
・HubbleSite: News - Hubble in Safe Mode as Gyro Issues are Diagnosed
・Dr. Rachel Ostenさんのツイート: "It’s true. Very stressful weekend. Right now HST is in safe mode while we figure out what to do. Another gyro failed. First step is try to bring back the last gyro, which had been off, and is being problematic.… https://t.co/HpL4fGL0D2"
・Dr. Rachel Ostenさんのツイート: "It’s not a difficult decision, @astrogrant: the plan has always been to drop to 1-gyro mode when two remain. There isn’t much difference between 2- and 1, and it buys lots of extra observing time. Which the Astro community wants desperately.… https://t.co/MDNllwwlkD"
・About the Hubble Space Telescope | NASA