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Schlifffehler: Warum hatte Hubble einen Sehfehler?

Trotz Hinweisen auf einen Schlifffehler ließ sich die NASA auf den Start von Hubble 1990 ein. Die Folge war blamabel: Das frisch in den Orbit gebrachte Teleskop war kurzsichtig.
Weltraumteleskop HubbleLaden...
Die eindrucksvollen Bilder und die informative Berichterstattung in SuW 5/2020, S. 26–37, haben in meinem Gedächtnis wieder eine technische Information über den Hubble-Fehler aufblitzen lassen, die SuW vor vielen Jahren abdruckte: Das Problem war nicht ein Rechenfehler oder eine Maschinenungenauigkeit, sondern eine Justierungenauigkeit bei der optischen Testeinrichtung. Sehr anschaulich schilderte SuW damals, wie der Justierfehler entstand und wie leicht er passieren konnte. Auch heutige Konstrukteure können daraus lernen, das Stichwort ist hier die Vermeidung von Fehlermöglichkeiten durch verwechslungsfreie Konstruktion. Also, wie wäre es, Ihren Lesern dies nochmal nahezubringen, inklusive der damaligen erläuternden Skizze?
Albrecht Frey, Ofterdingen

Herr Frey bezieht sich hier auf die Berichterstattung in SuW 12/1990, S. 701, und in SuW 12/1993, S. 863–867. In der Tat geht der Fehler im Schliff des Hauptspiegels des Hubble Space Telescope auf einen unpräzise zusammengebauten optischen Nullkorrektor zurück. Mit ihm wurde während der Herstellung des Spiegels dessen Form genau kontrolliert, und die Schleif- und Polierarbeiten wurden entsprechend angepasst. Das Gerät bestand aus zwei konkaven Spiegeln und einem geeichten Metallstab genau bekannter Länge aus Invarstahl, an dessen unterem Ende sich eine Feldlinse befand. Sie warf bei den Kontrollen das Licht vom Hauptspiegel in den Nullkorrektor. Am oberen Ende befand sich eine Lochblende, durch die das Licht des Messlasers auf die Spitze des Messstabs fallen sollte.

Wie sich nach dem Start herausstellte, waren jedoch beim Zusammenbau des Kontrollinstruments Fehler begangen worden, unter anderem durch das Einfügen einer nicht vorgesehenen Unterlegscheibe. So wurde das Laserlicht nicht an der Spitze des Messstabs, sondern an der 1,3 Millimeter höher befindlichen Lochblende reflektiert. Dies führte dazu, dass der 2,4 Meter große Hauptspiegel von innen nach außen zunehmend stärker von der geforderten gekrümmten Schliffform abwich. Tatsächlich war der Hauptspiegel am Rand rund 2,2 Mikrometer zu flach ausgefallen, das entspricht einem Fünfzigstel der Dicke eines menschlichen Haars. Somit wies der präzise falsch geschliffene Hauptspiegel eine beträchtliche sphärische Aberration auf, die dazu führte, dass ein Großteil – rund 85 Prozent – des aufgefangenen Lichts nicht scharf auf der Brennebene abgebildet wurde. Das Licht vom Rand des Spiegels wurde erst 38 Millimeter unter der Brennebene fokussiert. In der Folge war das Weltraumteleskop in gewisser Weise kurzsichtig und zunächst eine große Blamage für die NASA.

Hubble-FehlerLaden...
Hubble-Fehler | Das optische Nullinstrument für den Schliff des Hauptspiegels des Weltraumteleskops Hubble bestand aus zwei Hohlspiegeln oben und unten, in deren zentrale Bohrung ein geeichter Messstab mit einer Feldlinse eingeschoben wurde. Von oben leuchtete ein Messlaser in das Gerät, wurde an der abgerundeten Kuppe des Messstabs reflektiert, auf die Spiegel und anschließend auf die Feldlinse geworfen. Von dort traf das Laserlicht den in der Fertigung befindlichen Hauptspiegel und sollte nach Reflexion wieder auf die Kuppe des Messstabs fallen. Durch Fehler im Zusammenbau dieses Geräts wurde das Licht aber von der Lochblende und nicht von der Spitze des Stabs reflektiert, so dass der Hauptspiegel des Weltraumteleskops in der Folge eine falsche Krümmung erhielt, da der Stab durch die falsche Reflexion zu lang war.

Besonders ärgerlich war, dass die Techniker vom Hersteller Perkin-Elmer den Hauptspiegel auch mit zwei anderen optischen Nullinstrumenten vermessen hatten, die deutlich auf den Schlifffehler hinwiesen. Aber der Hersteller verließ sich zu sehr auf den im eigenen Haus gefertigten Nullkorrektor und wollte die Messwerte der anderen Geräte nicht glauben. Trotz der Vorwarnungen ließ sich die NASA also auf den Start von Hubble im April 1990 ein – der Rest ist Geschichte.

Juli 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Sterne und Weltraum Juli 2020

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