ハッブル望遠鏡での撮影方法

Question

アメリカはハッブル望遠鏡を使い、深宇宙の撮影をしています。ハッブル望遠鏡は地球の周りを猛スピードで回っていますが、どうやって宇宙の1点に望遠鏡を向けているのでしょうか。
宇宙の1点に向くように姿勢制御しているのでしょうか。あの長い望遠鏡の向きを変える制御は大変かと思います。筒の先に鏡があるので、その向きを変えている？

iapetus · Accepted Answer

地上なら大地という基準がありますが、宇宙空間では基準を取ることが難しいのは明白です。
あの巨大な太陽ですら、それが従えている衛星からの重力の影響を受け、数年～数十年というスパンで、フラフラと揺れており、基準としては不適格なのです。

しかし、観測衛星は何も基準の無い宇宙空間において、驚くべき正確さで星を捉えますが、それは、姿勢の基準として、ジャイロスコープという姿勢検出装置を用いているからです。
ジャイロスコープは、円盤やその他の装置（ジャイロ）を内蔵し、装置の姿勢（角度）の変化を検出する装置です。

原理を説明するために、最も基本的な機械式の、円盤を用いたジャイロスコープを例にします。

回転する円盤は、その回転数が一定以上になると、空間に対して同じ姿勢を取ろうと踏ん張り始めます。
これを「ジャイロ効果」といいます。
（宇宙コマという円盤と円形のフレームから出来たおもちゃがありますが、円盤の回転速度が高いうちは、ジャイロ効果を発揮して一見不安定そうな姿勢でも落ちずにくるくる回ったりして、ごく身近でそれが体験できます。）

そして、ジャイロを、３軸の回転軸を持ったジンバルという装置に入れると、外部からの挙動変化の影響を受けなくなり、回転軸の角度は空間に対し完全に固定されます。
【ジンバル】
http://mailsrv.nara-edu.ac.jp/~asait/kuiper_belt/navigation2/gimbal.htm

この３軸ジンバルの各軸受けに、精密な角度センサーを搭載し、各センサーが検出した角度変化を逆算することで、衛星の空間に対する絶対的な姿勢変化を検出できます。
そして、その値を基準にして、衛星の姿勢をごく正確に制御してやることができるのです。

その検出結果や、後々大きくなる誤差を打ち消すように、リアクションホイールやスラスターで機体の回転を止めることで、人工衛星等は、宇宙空間に対し完全に姿勢を固定することができるのです。

ジャイロスコープには、円盤等を用いた機械式のほか、振動検出式、ガス等の流体検出式、光ファイバー式など、様々な方式があります。
「はやぶさ」には、X,Y,Zの各軸用を３つ１組にした光ファイバー式ジャイロスコープが、２台搭載されました。

光ファイバー式の原理は次の通りです。
円形に組んだ光ファイバーの内部に、右回転と左回転に同じ波長の光を走らせておきます。
装置を回転させると、サニャック効果という現象により双方の光の波長が変わることで干渉という現象が起き、ファイバー内に干渉縞という光の縞模様が出来ます。
その縞模様のピッチを計測することで、回転速度を検出できるのです。
光ファイバー式は、熱でファイバーの長さが変わる弱点を持つため温度による補正をする必要がありますが、可動部分が無いため、機械式に比して装置が軽くできる上に故障し難く、電力消費が極端に低く信頼性も高いという長所を持ちます。

ハッブル宇宙望遠鏡のジャイロスコープは、ネットを探すと未だに機械式らしいです。
実際、6個中4個も故障して宇宙飛行士が交換したのですが、設計限界を超えて運用しているからとしても、機械式はやはり壊れやすいのでしょう。

TXV12003 · Answer

他の衛星と同様、リアクションホイールで姿勢制御しています。
ｘｙｚ各３軸方向についた（またはそれ以上）の円盤を回すことで、円盤の回転方向とは逆に姿勢が傾きます。

はやぶさでは、このリアクションホイールが故障して難儀しましたね。

maiko0318 · Answer

そんなこと言ったら太陽電池は太陽の方向だし、アンテナは地球の方向だし
きちんと制御できていると思いますよ。

ハッブル望遠鏡での撮影方法

地上なら大地という基準がありますが、宇宙空間では基準を取ることが難しいのは明白です。

他の衛星と同様、リアクションホイールで姿勢制御しています。

そんなこと言ったら太陽電池は太陽の方向だし、アンテナは地球の方向だし

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