Die NASA reparierte Hubbles fehlerhaften Spiegel mit Kontaktlinsen statt mit einem neuen Spiegel

Im Juni 1990 lieferte das frisch gestartete Hubble-Weltraumteleskop Bilder, die nicht schärfer waren als die von Erdteleskopen: Sein 2,4-Meter-Hauptspiegel war in die falsche Form geschliffen worden und führte zu schwerer sphärischer Aberration. Der Spiegel wurde als zu schwierig beurteilt, um ihn zur Erde zurückzubringen, und die Ingenieure erwogen verzweifelte Optionen – einen Astronauten bei einem Weltraumspaziergang in das optische Rohr zu schicken, um den Sekundärspiegel auszutauschen, oder eine Blende an der Öffnung anzubringen, um die fehlerhaften äußeren Bereiche des Spiegels abzudecken.

Die siegreiche Idee kehrte das Problem um. Der Optikingenieur James Crocker von Ball Aerospace bemerkte bei einer ESA-Krisensitzung in Deutschland, dass seine Hotelduschkopfhalterung an einer vertikalen Stange in verstellbaren Höhen und Winkeln befestigt war; eine ähnliche verschiebbare Halterung könnte kleine Korrekturspiegel in den Strahlengang jedes Instruments bringen. Das Ergebnis, COSTAR, kostete budgetierte 50 Millionen US-Dollar, war so groß wie eine Telefonzelle und ersetzte das am wenigsten genutzte Instrument, das High Speed Photometer. Die neue Wide Field and Planetary Camera 2, die bei derselben Mission 1993 installiert wurde, brachte ihre eigene eingebaute Korrektur mit.

Die Astronauten installierten COSTAR im Dezember 1993 während der STS-61-Mission in elf Tagen von Weltraumspaziergängen, und die Spiegelarme des Instruments wurden am 28. Dezember 1993 ausgefahren. Bei der korrigierten Faint Object Camera stieg der Anteil des Sternenlichts, der sich innerhalb von 0,1 Bogensekunden konzentrierte, von 18 % auf 85 % – ein Empfindlichkeitsgewinn von 1,6 Magnituden –, und die effektive Auflösung verbesserte sich von 66 auf 43 Millibogensekunden, zum bescheidenen Preis eines um 20 % geringeren Durchsatzes und eines kleineren Gesichtsfelds.

Den Lichtweg stromabwärts korrigieren, nicht den Spiegel

Der Fehler des Spiegels war stabil und anhand von Sternabbildungen vollständig charakterisiert, sodass sein Gegenstück auf der Erde hergestellt und darauf vertraut werden konnte, dass es ihn im Orbit aufhebt.

Hubble zur Erde zurückzubringen oder in seinem optischen Rohr zu arbeiten war unmöglich oder leichtsinnig; die Instrumentenbucht war die einzige Schnittstelle, die bereits für die Wartung durch Astronauten ausgelegt war.

Zwei kleine Spiegel pro Instrument kosteten ein paar Gramm Glas im Vergleich zum Neubeschichten oder Ersetzen eines 2,4-Meter-Hauptspiegels – die Korrektur skalierte mit dem Fehler, nicht mit der Öffnung.

Der Verzicht auf das High Speed Photometer, das am wenigsten leistungsfähige Instrument, verwandelte den Tausch in einen nahezu kostenlosen Platz am Teleskop.

Die Entwicklung neuer Instrumente mit eingebauter Korrektur (WFPC2) ermöglichte es derselben Mission, das System von zwei Seiten gleichzeitig zu reparieren.

Wenn ein Defekt in einer Komponente sitzt, die man nicht ersetzen kann, verlagert man die Korrektur stromabwärts dorthin, wo man sie erreichen kann. Ein bekannter deterministischer Fehler lässt sich an der günstigsten Grenze aufheben.

Die Reparatur funktionierte wie berechnet: Hubble lieferte die Deep Fields und Entfernungsmessungen, die die Kosmologie neu kalibrierten, und die Mission wurde zur Vorlage der NASA für die Wartung im Orbit. Jedes danach installierte Instrument brachte seine eigene Korrekturoptik mit, wodurch COSTAR überflüssig wurde – es wurde 2009 bei der Wartungsmission entfernt, um seine Bucht für das Cosmic Origins Spectrograph freizumachen, und zur Erde zurückgebracht, wo es heute ein Museumsstück ist. Crockers Duschkopf-Geschichte wurde zur stehenden Parabel der NASA dafür, woher gute Ingenieurideen kommen.