SOFIA – repülő obszervatórium a sztratoszférában

A NASA több évtizedes gyakorlattal rendelkezik az efféle különleges repülőgépek üzemeltetésében, hiszen az 1960-as évek óta három légi csillagvizsgálóra is adott már megbízást a kísérleti modellekre szakosodott texasi L3-Communications Integrated Systems cégnek. Az első egy speciális nyitható ablakkal ellátott sugárhajtású Convair 990A volt, amely 1966-ban hagyta el a wacói üzemcsarnokot. A gép fedélzetén dr. Gerard P. Kuiper, az Arizonai Egyetem világhírü professzora 30 cm átmérőjü teleszkóppal végzett igen eredményes megfigyeléseket a Föld légkörének 3000 m fölötti tartományában. Később egy infravörös távcsővel felszerelt Learjet emelkedett a magasba, majd a NASA 1974-ben egy nagyobb teherbírású C–141-es katonai szállítógépet alakíttatott át minden szempontból tökéletesnek tekinthető csillagvizsgálóvá. A KAO (Kuiper Airborne Observatory) elnevezésü légi obszervatórium elődeinél jóval hatékonyabbnak bizonyult. A 91 cm tükörátmérőjü infravörös távcsövet szállító nagy hatótávolságú gép évi 72 felszállást hajtott végre, s az 1995-ig tartó tudományos program egyes fázisaiban az Egyesült Államok légterén kívül is, többnyire a Csendes-óceán déli térsége fölött végzett repüléseket. A C–141-es képes volt a kaliforniai bázistól messzire eltávolodva hosszú ideig a Föld légkörének magasabb régióiban tartózkodni, ahol kedvezőek a feltételek az infravörös (IR) források felkutatásához és vizsgálatához. A fedélzeten dolgozó tudóscsoport tehát ideális körülmények között tanulmányozhatta a Naprendszerben, valamint a tőlünk térben és időben távol, a világegyetemben lejátszódó eseményeket, a galaxisok, a csillagok, a bolygók keletkezését, fejlődését és pusztulását. Az ürcsillagászok például a KAO teleszkópjával fedezték fel az Uránusz bolygó gyürüit, egy porgyürüt a Tejútrendszer központjában, illetve éppen csillagokká alakuló molekulafelhőkre bukkantak az ürben, az üstökösökben pedig vízre. 

Tekintettel arra, hogy a Föld légkörének alsó rétegeiben található vízgőz a világegyetemből beérkező mikron és milliméter közé eső hullámhosszú infravörös sugárzás nagy részét elnyeli, ezért az IR távcsöveket logikusan magas hegycsúcsokra telepítik. De még jobb hatásfokot lehet elérni, ha a müszerek a légkörön kívül dolgoznak. Viszont a csillagászati müholdak müszereinek élettartama köztudottan csak néhány hónapra korlátozódik, mivel az indításkori tömeg jelentős részét kitevő folyékony hélium, amellyel az infravörös érzékelőket 5,5 Kelvinre (kb. –268 °C) lehütik, idővel elpárolog.

A NASA a KAO üzemeltetése során szerzett kedvező tapasztalatokra alapozva 1991-ben a köztes megoldást választotta: egy rendkívül nagy teljesítményü és igen nagy pontosságú távcsővel felszerelt – már nem földi, de még nem ürcsillagászati – légi megfigyelőállomás kifejlesztését. Mégpedig olyformán, hogy a grandiózus vállalkozásba egy nemzetközileg elismert külföldi ürkutató intézetet is bevonnak.

Így került a NASA látókörébe a német DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ürkísérleti központ, s miután a felek megegyeztek a hosszú távú együttmüködésben, 1992-ben aláírtak egy szándéknyilatkozatot. A DLR az óriástávcső elkészítése mellett azt is vállalta, hogy a repülő obszervatórium fenntartási és üzemeltetési költségeinek 30 százalékát fedezi majd. A NASA feladata volt gondoskodni az eredeti változat szerint mintegy 18 tonnás távcsövet legalább 12 km magasra feljuttató szállító jármü beszerzéséről és átalakításáról. A közös vállalkozás azonban a NASA költségvetésének rendszeres megnyirbálása miatt nehezen indult be. Ám mivel a DLR ettől függetlenül időarányosan teljesítette a szándéknyilatkozatban rögzített feladatokat, az Egyesült Államok Kongresszusa végül megszavazta az obszervatórium üzembe helyezéséhez feltétlenül szükséges 485 millió dollárt. Így a holtpontról végre elmozdult fejlesztési program 1998 tavaszán fontos mérföldkőhöz érkezett: megszületett a SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) elnevezés, a DLR közzétette a távcső végleges paramétereit, a NASA pedig pásztázni kezdte a kínálati piacot. Hamarosan rá is leltek egy forgalomból kivont, konzervált állapotban tárolt B 747SP-21-esre Las Vegasban. A rövid törzsü Jumbo 1977 áprilisában került a PanAm flottájába, ahol Clipper Lindbergh néven 1986-ig szolgált, majd a United színeiben folytatta pályafutását a nyugdíjazásáig, 1997 novemberéig. A gépet hamarosan átrepülték a texasi Wacóba, ahol a hangárban minden porcikáját átvizsgálták, s a törzsről eltávolították a festéket, mielőtt hozzáfogtak volna a gép átalakításához.

Ahhoz képest, hogy a SOFIA-nak a fejlesztési program szerint legkésőbb 2002 decemberében a levegőbe kellett volna emelkednie, a munkálatok csak 2000 májusában kezdődhettek el, mert a sárkány szerkezetének lényeges módosításához az FAA engedélyét is be kellett szerezni. A legbonyolultabb mérnöki feladat kétségtelenül a Boeing bal oldali szárnya mögött elhelyezkedő, repülőgépbe valaha is beépített legnagyobb szervizajtó megtervezése és elkészítése volt. Ha a gép eléri a legalább12 km-es vagy afölötti magasságot, akkor ezt a 6 x 4,3 méteres, a törzs görbületét követő ívelt ajtót kell kinyitni, majd a megfigyelések végeztével, a földet érés előtt bezárni. Amint ez elkészült, a törzs hátsó traktusába kerülő óriástávcső felfüggesztési pontjainak, a nyomáskiegyenlítő és a hütőberendezés helyének kialakítása, valamint a szervizajtó kinyitása után rendkívül nagy nyomáskülönbségnek kitett válaszfal beépítése szinte rutinmunkának tünt. A főfedélzet mellső kabinját pihenésre is alkalmas hátradönthető ülésekkel rendezték be. De egy hütőgéppel, kávéautomatával, mikrohullámú sütővel felszerelt kantint is kialakítottak, hogy a küldetésekben részt vevő mérnökök, informatikusok és tudományos munkatársak önkiszolgáló módon enni- és innivalóhoz juthassanak. Az emeleten, a Jumbo púpjában számítógépekkel felszerelt munkatermet képeztek ki, ahol a megfigyelés során az univerzumból összegyüjtött információk feldolgozása és kiértékelése történik majd.

A gép átalakítása 12 millió dollárba került, de az előkészületek mindenesetre menetrend szerint haladtak – legalábbis egy ideig még. 2001 szeptemberében a Stuttgartban készre szerelt, tíz segédmüszerrel – kamerákkal, spektrométerekkel, fotométerekkel – kiegészített 20 és fél tonnás teleszkóp is megérkezett egy Beluga fedélzetén Wacóba. Az infravörös színképtartományt 0,3 és 700 mikron között lefedő távcső lelke a 2,5 m átmérőjü főtükör, amelyet segédtükrök egészítenek ki. Ennek anyaga, a zerodur nem reagál a hőmérséklet-változásra. A fejlesztési program újabb periódusában az addig elvégzett munkák alapos ellenőrzése következett, majd amikor a törzs hosszanti merevítését is megoldották, egy emelőplatós hidraulikus szerkezet és daru segítségével 2004 júliusában óvatosan beemelték a müszert a végső helyére.

Csakhogy ezzel a büdzsé kimerült, és így a SOFIA szüzrepülésének időpontja háromszor is eltolódott. Időközben csak annyi változás történt, hogy a stuttgarti egyetemen megalakult a légi csillagvizsgáló égboltfelmérési programjait a jövőben összehangoló Deutsches SOFIA-Institut, az Egyesült Államokban pedig a Universities Space Research Association (USRA) nevü konzorcium. De az új szereplők színre lépése is csak arra volt elegendő, hogy a hosszú kényszerszünet után tavaly októberben sor kerülhessen a távcső stabilitását ellenőrző rázkódástesztekre, illetve a földi guruló- és hajtómüpróbákra.

Voltaképpen egy szerencsés véletlen müve, hogy a SOFIA egyáltalán a levegőbe emelkedhetett, mert a premiert az utolsó pillanatig bizonytalanság övezte. A NASA ugyanis mindössze két héttel a felszállás előtt értesült arról, hogy megkapja a pótköltségvetésben igényelt 150 millió dolláros gyorssegélyt. Persze ez a nagyvonalúnak beállított gesztus valójában annak a kínos közjátéknak volt a következménye, hogy a német partner megelégelve a szerződés többszöri módosítását és a SOFIA-program egyre kilátástalanabb jövőjét, tetemes összegü kötbért helyezett kilátásba. Az első kétórás repülést még három követte Texas légterében, ahol a hófehér testü gép háromezer méteres magasságban, kiengedett futókkal manőverezett. A berepülőszemélyzet két órán keresztül főként a gép stabilitását vizsgálta, vagyis hogy a zárt szervizajtóval és kis sebességgel végrehajtott fordulók közben miként reagál a Jumbo az utasításokra. Erre azért volt szükség, hogy meggyőződjenek róla, átrepülhetik-e a Jumbót új állomáshelyére, Kaliforniába.

A SOFIA röviddel ezután egy nagyszabású ünnepség főszereplője lett. Ehhez az alkalmat Lindbergh óceánrepülésének 80. évfordulója szolgáltatta. Erről az üzemben tartók stílusosan azzal emlékeztek meg, hogy a gép visszakapta a PanAm flottájában eredetileg viselt Clipper Lindbergh nevet. A Wacóban összesereglett prominens vendégek jelenlétében Erik Lindbergh, a repülés történetében új fejezetet nyitó legendás hírü pilóta unokája keresztelte meg pezsgővel a kecses fémmadarat. A program amerikai és német felelősei még az idén megtudhatják, hogy a SOFIA (immár Clipper Lindbergh) képes lesz-e infravörös távcsövét a légköri vízgőz 99 százaléka fölé, azaz akár 14 ezer méter magasba emelni. A 3,41 milliárd dollárt felemésztő nagy ívü tudományos program végrehajtásához évi 160 (alkalmanként hatórás vagy ennél is hosszabb) megfigyelést kell végezni, miközben a gép az elkövetkező húsz évben az Egyesült Államok légterén kívül gyakran megfordul majd Új-Zéland térségében, a Csendes-óceán más pontjain, két alkalommal pedig Németországba is ellátogat. A légi obszervatórium távcsöve a terv szerint 2010-ben irányul először az égboltra, hogy a küldetésekben részt vevő egyetemisták, hivatásos fizikusok, kémikusok és ürcsillagászok a kozmikus infravörös háttér segítségével visszatekinthessenek a távoli múltba.