Сердце Железного Дровосека

Сердце Железного Дровосека

Кто на самом деле построил телескоп «Хаббл»

В сказке о волшебной стране есть персонаж, которого помнят все: Железный Дровосек. Но мало кто помнит, как он им стал. У Фрэнка Баума это был обычный лесоруб, которого злое колдовство заставляло раз за разом калечить себя собственным топором. Каждый раз на помощь приходил жестянщик и заменял потерянную часть тела новой, из железа. Сначала ногу, потом другую, дальше  руки, голову, туловище, пока от прежнего человека не осталось ничего, кроме имени. Новое тело было прочным, не знало усталости и боли, но в нём не хватало одной детали. Сердца. За ним Дровосек и отправился к великому волшебнику.

Сказку знают по главному герою и по волшебнику, который в итоге оказался обычным человеком за ширмой. Жестянщика, собравшего Дровосека по частям, не помнит почти никто. А ведь без него не было бы ни героя, ни истории.

Телескоп «Хаббл» — такой же железный дровосек. Его собирали по частям десятилетиями, на орбите ему пять раз меняли органы: глаза, гироскопы, батареи, сердце бортового компьютера. От аппарата, который вывели в космос в 1990 году, осталась едва ли половина. Он носит имя великого астронома, и его историю принято рассказывать, как историю великих учёных. Но если присмотреться, в ней обнаружатся и жестянщики, и человек за ширмой, и даже вопрос о сердце. Попробуем разобраться, кому эта машина обязана своим существованием.

Человек, который придумал

Начинать принято с Германа Оберта. В 1923 году в книге «Ракета в межпланетное пространство» он, рассуждая о будущем ракетной техники, мимоходом заметил, что ракета могла бы вынести на орбиту телескоп. Это была не идея проекта, а одна мысль среди сотен других, и честнее называть её предчувствием.

Настоящим отцом замысла стал Лайман Спитцер, молодой астрофизик из Йельского университета. В 1946 году, когда ракеты ещё падали в пустыне Нью-Мексико, а до первого спутника оставалось одиннадцать лет, он написал для исследовательского проекта RAND доклад на одиннадцать страниц под скромным названием «Астрономические преимущества внеземной обсерватории». Мысль была простой и неотразимой. Земная атмосфера дрожит, как воздух над раскалённым асфальтом, и размывает изображение звёзд.

Лучшие наземные телескопы того времени различали детали не мельче половины угловой секунды, а то и целой. Вынесите телескоп за пределы атмосферы, и он увидит небо таким, каким его не видел никто. Спитцер честно назвал главные трудности — как навести инструмент с ювелирной точностью и как передать снимки на Землю — и предсказал, что большой космический телескоп откроет явления, которых мы пока не можем даже вообразить.

И тут начинается первая неудобная правда. Сам Спитцер спустя почти полвека признался, что тогда его доклад почти ни на кого не повлиял. Главным его следствием, писал он, стало то, что он сам на всю жизнь заболел этой идеей. Гениальная мысль не построила телескопа.

Его построили следующие тридцать лет, в течение которых Спитцер возглавлял комитеты, ездил в Вашингтон, убеждал коллег и чиновников, выступал перед людьми, которым было совершенно неинтересно, насколько дрожит атмосфера.

Путь шёл через политику, и политика не раз пыталась его оборвать. В 1962 году Национальная академия наук рекомендовала построить космический телескоп. В 1968-м НАСА запланировало трёхметровый «Большой космический телескоп» с запуском в 1979 году. А в 1974 году Конгресс просто вычеркнул финансирование целиком. Проект спасли компромиссом: зеркало уменьшили с трёх метров до 2,4, отказались от промежуточного аппарата и пригласили в партнёры Европейское космическое агентство, которое взялось сделать солнечные батареи и камеру для слабых объектов в обмен на не менее чем пятнадцать процентов наблюдательного времени. В 1978 году Конгресс выделил первые 36 миллионов долларов. В начале восьмидесятых телескоп получил имя Эдвина Хаббла, астронома, чьи наблюдения показали, что Вселенная расширяется.

Так кого считать автором? Оберта, который первым произнёс мысль вслух? Спитцера, который её обосновал? Или того же Спитцера, но уже не учёного, а терпеливого переговорщика, тридцать лет тащившего проект через бюджетные комиссии? Ответ уже на этой стадии получается неудобным: идея сама по себе не стоит почти ничего. Ценность ей придаёт упрямство, с которым её доводят до реального результата.

Жестянщики

Дальше в историю входят те, кого в учебниках не упоминают. Оптику и датчики точного наведения поручили фирме «Перкин-Элмер», которая выиграла конкурс на зеркало с заявкой в 64,2 миллиона долларов против почти сотни миллионов у связки «Кодак» и «Айтек». Аппарат собирала компания «Локхид». Тысячи инженеров, техников, шлифовщиков, монтажников годами работали над машиной, которой большинство из них никогда не увидит в деле.

Главное зеркало шлифовали с декабря 1978 года, а полировку закончили в апреле 1981-го. Результат был выдающимся: поверхность оказалась гладкой примерно до десяти нанометров. Если мысленно растянуть такое зеркало до размеров Земли, самые высокие его неровности поднялись бы всего сантиметров на пять. Это одно из самых точных зеркал, когда-либо сделанных руками человека.

Здесь стоит остановиться и вспомнить одного из этих людей, который не оставил своего имени в документах, но оставил его в литературе.

Флойд Уильям Смит был инженером по авионике ВВС США и большим любителем научной фантастики. В сорок пять лет он уволился из армии, переехал в Кремниевую долину и получил работу, которая оказалась главной в его жизни: он работал над «Хабблом».

На какую именно компанию источники не сообщают. Мы бы никогда о нём не узнали, если бы не его дочь. Трейси К. Смит стала поэтессой, и в 2012 году её сборник «Жизнь на Марсе», написанный во многом после смерти отца, получил Пулитцеровскую премию. В одном из стихотворений она вспоминает, как отец целыми сезонами склонялся перед этим «глазом-оракулом», жадный до того, что тот однажды увидит, и как инженеры работали над машиной, словно хирурги, — отмытые и в чехлах. В интервью она говорила, что ей нравится думать, будто отец коснулся какой-то части этой машины.

В этой фразе — вся история жестянщика. Флойд Смит не придумал телескоп и не открыл с его помощью ни одной галактики. Но его руки и его годы вложены в металл, который сегодня летит над нами. Без тысяч таких людей идея Спитцера так и осталась бы одиннадцатью страницами в архиве.

Сборка затягивалась, бюджет раздувался. К 1985 году «Локхид» превысил смету примерно на треть. Запуск переносили с 1983 года на 1984-й, затем на 1985-й и 1986-й. А 28 января 1986 года взорвался «Челленджер», и шаттлы встали на прикол на два с половиной года. Готовый телескоп ждал на Земле, и одно его хранение обходилось примерно в шесть миллионов долларов в месяц. К запуску проект стоил около полутора миллиардов долларов в ценах того времени — втрое больше, чем на него готовы были выделить в начале.

24 апреля 1990 года шаттл «Дискавери» наконец стартовал, а на следующий день экипаж выпустил одиннадцатитонный аппарат на орбиту высотой около шестисот километров. Жестянщики сделали своё дело. Железный дровосек был собран.

Ошибка, у которой нет автора

Через два месяца, 24 июня 1990 года, проверка фокусировки не удалась. Звёзды на снимках расплывались не в точку размером в десятую долю угловой секунды, как обещал проект, а в пятно больше целой секунды.

Инженеры поставили диагноз: сферическая аберрация. Зеркало было отполировано безупречно, но не по той форме. Его край оказался слишком плоским примерно на 2,2 микрометра, это около одной пятидесятой толщины человеческого волоса. Ошибка, которую не разглядеть ни в какой лупе, превратила главный инструмент астрономии в предмет насмешек. Сенатор Барбара Микульски назвала телескоп «технологическим индюком», а ведущий вечернего телешоу Дэвид Леттерман составил десятку лучших оправданий «Хаббла».

Расследование возглавил директор Лаборатории реактивного движения Лью Аллен, и его комиссия восстановила картину почти детективную. Зеркало при полировке проверяли эталонным прибором — нуль-корректором, по которому выверяли каждую его выпуклость. Положение линз в этом приборе задавали точные стержни, а их концы измеряли лучом. Торец одного стержня закрывал колпачок с крошечным отверстием, и чёрное покрытие вокруг этого отверстия было стёрто. Оператор принял отражение от колпачка за отражение от самого стержня. В результате линза встала не на своё место примерно на 1,3 миллиметра — при допуске в десять микрометров, то есть в сто тридцать раз больше дозволенного. Когда регулировочным винтам не хватило хода, чтобы выставить линзу в «правильное» положение, под неё просто подложили прокладки.

Зеркало отполировали по кривому эталону, и отполировали прекрасно. Оно с изумительной точностью повторило ошибку.

Но самое горькое было дальше. Ошибку видели. В 1981 году два других, более простых теста показали ту же самую аберрацию. Оба результата списали на неточность самих этих тестов, хотя один из них, как потом установила комиссия, был точнее основного прибора.

В докладе сказано сухо: оба указания на ошибку были в то время отвергнуты как сами по себе ошибочные. И ещё одна фраза, которую стоило бы повесить в каждом конструкторском бюро: при строгом соблюдении плана контроля качества ошибки, вероятно, никогда бы не случилось.

Кто виноват? Оператор, неверно прочитавший отражение? Тот, кто стёр краску с колпачка? Начальник, подложивший прокладки вместо того, чтобы остановить работу? Руководство, которое отмахнулось от двух тревожных тестов, потому что поджимали сроки и бюджет? Или НАСА, у которого, по словам комиссии, не было специалистов, способных грамотно проконтролировать оптические работы?

Правильный ответ — никто в отдельности и все вместе. У этой ошибки нет автора, как у великого изобретения нет одного творца. Обычный человек может испортить работу тысяч, если система устроена так, что его ошибку некому поймать. И наоборот, обычный человек может её поймать, если система даёт ему право сказать «стоп». В 1981 году такого права не дали двум приборам, которые говорили правду.

Люди, которые чинили

Заменить главное зеркало на орбите было невозможно. Но раз ошибка была известна до микрона, её можно было исправить так же, как исправляют близорукость: очками.

Компания «Болл Аэроспейс» построила модуль размером с холодильник, внутри которого на выдвижных манипуляторах стояли десять маленьких зеркал. Они перехватывали искажённый свет и возвращали его в фокус для трёх научных приборов. Модуль стоил 50 миллионов долларов. Для главной камеры решили пойти другим путём и построили новую, вторую широкоугольную, с коррекцией, встроенной прямо в её оптику. Вся программа ремонта обошлась примерно в полмиллиарда долларов, не считая полёта шаттла.

Со 2 по 13 декабря 1993 года экипаж «Индевора» выполнил одну из самых сложных операций в истории пилотируемой космонавтики. Пять выходов в открытый космос общей длительностью тридцать пять с половиной часов.

Стори Масгрейв и Джеффри Хоффман меняли главную камеру, Кэтрин Торнтон и Томас Эйкерс устанавливали «очки» вместо одного из приборов, которым пришлось пожертвовать ради свободного места. Швейцарец Клод Николье управлял манипулятором, удерживая астронавтов и многотонные блоки. Попутно экипаж заменил гироскопы, солнечные батареи и магнитометры и немного поднял орбиту.

Работа велась в громоздких скафандрах, в перчатках под давлением, где каждое движение пальцев требует усилия, — с винтами и разъёмами, которые проектировали на Земле в расчёте на голые руки в чистой комнате.

13 января 1994 года НАСА показало первые снимки после ремонта. Железный дровосек прозрел.

Позже были ещё четыре экспедиции: в 1997, 1999, 2002 и 2009 годах. Последнюю после гибели «Колумбии» сначала отменили, но в 2006 году решение пересмотрели, и в мае 2009-го «Атлантис» доставил новую камеру и ультрафиолетовый спектрограф, заменил все шесть гироскопов и аккумуляторы. Тогда же «очки» сняли и вернули на Землю: все новые приборы имели собственную коррекцию. Сегодня этот модуль, как и запасное зеркало, сделанное «Кодаком», хранится в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института.

Один из астронавтов последних экспедиций, Майк Массимино, позже написал мемуары «Космонавт», где подробно рассказывает, как на орбите чинил панель питания одного из приборов. А Стори Масгрейв, ветеран ремонта 1993 года, пишет стихи — они вошли в его биографию «Стори: путь воды». Иногда жестянщики оказываются ещё и поэтами.

Вот и снова вопрос. Кого считать создателем «Хаббла», который мы знаем по великолепным снимкам? Спитцера? Оптиков «Перкин-Элмер», испортивших зеркало? Инженеров «Болл», придумавших для него очки? Или астронавтов, которые в открытом космосе, рискуя жизнью, крутили гаечные ключи? Телескоп, который сегодня работает на орбите, на добрую половину состоит из деталей, привезённых и установленных уже после запуска. Это машина, собранная дважды.

Что досталось нам

О «Хаббле» принято говорить, что он подарил человечеству множество технологий. Здесь стоит проявить ту же строгость, которой не хватило в 1981 году, и отделить правду от удобного повтора.

Утверждают, будто «Хаббл» дал нам цифровую фотографию. Это миф. Прибор с зарядовой связью, или ПЗС-матрицу, изобрели Уиллард Бойл и Джордж Смит в лаборатории Белла в 1969 году, и Нобелевскую премию они получили в 2009-м. Астрономы снимали на ПЗС с Земли с середины семидесятых.

Крупные научные матрицы продвигали Лаборатория реактивного движения и «Техас Инструментс» для зонда «Галилео». «Хаббл» стал громким и влиятельным пользователем этой техники: его первую камеру делала команда Калтеха, которая выиграла конкурс именно потому, что взяла в партнёры лабораторию, умевшую делать матрицы. Тогда один из её руководителей, Джеймс Ганн, предсказал, что ПЗС сметут все остальные детекторы в астрономии, и оказался прав. А камеры смартфонов и вовсе построены на матрицах другого типа, и прямой линии от «Хаббла» к ним нет.

Но. Для одного из спектрографов, который полетел к телескопу в 1997 году, специалисты Центра Годдарда заказали усовершенствованную матрицу у небольшой фирмы. Та применила свои наработки в медицине, и система для прицельной биопсии груди получила новые датчики. Передача технологии произошла ещё на стадии разработки, до полёта, и подтверждают её в основном источники самого НАСА. Но это реальный случай, когда работа для телескопа помогла людям на Земле.

Есть и другой, почти ироничный. Сверхгладкие корректирующие зеркала для ремонта 1993 года делала фирма «Тинсли», и эта работа дала толчок совместной программе НАСА и промышленного консорциума по литографии — технологии, которой печатают микросхемы. Испорченное зеркало породило полезное изобретение. Программа планирования наблюдений, созданная для «Хаббла» в Научном институте космического телескопа, позже пригодилась другим обсерваториям.

Но самое долговечное наследие «Хаббла» не в железе. В декабре 1995 года директор института Роберт Уильямс рискнул собственным резервным временем наблюдений и направил телескоп на крошечный и, казалось бы, пустой участок неба. Десять дней, 342 снимка, — и на месте пустоты проступили около трёх тысяч далёких галактик. Данные этого «Глубокого поля» сразу открыли для всех. Привычка выкладывать научные снимки в общий доступ, мода на красоту научного изображения и гражданская наука, в которой тысячи добровольцев классифицируют галактики по снимкам «Хаббла», — вот что действительно досталось всем. Не гаджет, а способ смотреть на небо вместе.

Слова

При чём тут литература? Связь оказывается не там, где её ищут.

Если искать «Хаббл» в научной фантастике, найти почти ничего не удастся: проверенного романа, где телескоп был бы частью сюжета, обнаружить не получилось. В русской поэзии и прозе он тоже почти не оставил следа и живёт у нас в основном в фотоальбомах и юбилейных статьях. Зато литература проходит сквозь эту историю через людей, и каждый раз в неожиданном месте.

Сам Эдвин Хаббл был фигурой почти литературной. Стипендиатом Родса в Оксфорде он изучал право, выполняя волю умирающего отца, а заодно испанский язык и литературу, и вернулся домой с тростью, плащом и нарочито английским выговором, над которым посмеивались однокашники.

Ректор колледжа написал о нём фразу, достойную романа: он был лучше своих манер. Один американский журнал позже сравнивал его с Гэтсби — уроженцем Среднего Запада, сделавшим себя под английским лаком. Его собственная книга «Царство туманностей», выросшая из лекций в Йеле, начинается с мысли о человеке, который, вооружённый пятью чувствами, исследует Вселенную и называет это приключение наукой.

Ещё прочнее литературная нить проходит через его жену. Писательница Анита Лус познакомила Хабблов с Олдосом Хаксли, и у Хаксли, почти лишённого зрения, появился неожиданный помощник: Грейс Хаббл редактировала его рукописи и читала ему вслух. Жена человека, расширившего Вселенную, помогала видеть одному из главных писателей века. Именно Грейс сохранила бумаги мужа и передала их в архив, без которого мы знали бы об Эдвине Хаббле гораздо меньше.

Самый знаменитый снимок телескопа, «Столпы творения», сделанный 1 апреля 1995 года, получил имя из викторианской проповеди Чарльза Сперджена 1857 года о Том, Кто держит столпы творения. Строка из проповеди попала в антологию ораторского искусства, оттуда — на снимок, а со снимка — на кружки, футболки и обложки. Кто первым соединил фразу и фотографию, установить не удалось.

И наконец, стихи дочери инженера. Трейси К. Смит вспоминает в них, как первые снимки пришли размытыми и ей стало стыдно, словно провал был её личным. И как потом оптика сошлась, и люди увидели край всего, что есть. Слова «зеркало» в стихотворении нет. Но в нём закодирована вся история: от провала до исправления, от насмешек до прозрения. Ни один фантаст не написал о «Хаббле» так, как написала о нём дочь рядового инженера.

Вместо заключения. Кто великий?

Великие изобретения не появляются без великих людей. С этим трудно спорить. Но история «Хаббла» заставляет спросить, кого именно мы называем великими.

Спитцера, который придумал телескоп за сорок четыре года до его запуска? Без его доклада и его тридцати лет упрямства не было бы ничего. Тысячи жестянщиков из «Перкин-Элмер», «Локхида», «Болл», которые шлифовали, паяли и собирали? Без них идея осталась бы бумагой. Оператора, который однажды неверно прочитал отражение? Его ошибка стоила миллиарды, но она же показала, как устроена ответственность в больших системах.

Безымянных инженеров, построивших «очки»? Астронавтов, которые надевали их телескопу в открытом космосе? Директора, рискнувшего наблюдательным временем ради пустого клочка неба? Сенатора, которая сначала обозвала телескоп индюком, а потом стала одним из главных его защитников в Конгрессе?

Ответ, который подсказывает эта история, простой и неудобный одновременно. Величие большой машины не сосредоточено в одной голове. Оно распределено по тысячам рук, и цепочка эта прочна ровно настолько, насколько прочно её самое слабое звено. Гений, придумавший идею, бессилен без рабочего, который соберёт её без ошибки. Рабочий бессилен без системы, которая поймает его ошибку. А система бессильна без людей, готовых сказать неприятную правду, когда два прибора спорят с третьим.

Вернёмся к Железному Дровосеку. В сказке он всю дорогу искал сердце и не замечал, что ведёт себя добрее и человечнее всех спутников. Волшебник, к которому он шёл, оказался обычным человеком за ширмой, и сердце он выдал ему шёлковое, набитое опилками, — вещь, нужную лишь для того, чтобы Дровосек поверил в то, что у него и так было.

У «Хаббла» тоже нет единого сердца, которое можно было бы показать и назвать. Его сердце — это все, кто к нему прикасался. 

Сейчас, осенью 2026 года, «Хаббл» доживает четвёртое десятилетие. С 2024 года он наводится на цели с помощью одного гироскопа, держа ещё один в резерве. Его орбита медленно опускается, и, по оценке Научного института космического телескопа, медианная оценка схода приходится на середину 2033 года, хотя независимые специалисты допускают, что это случится и раньше.

Его бюджет урезают, а вопрос о подъёме орбиты так и не решён. Однажды Железный Дровосек замолчит. Но то, что он показал людям, уже никуда не денется. Потому что великим был не телескоп. Великими были все, кто его собрал.