哈勃太空望遠(yuǎn)鏡

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為紀(jì)念天文學(xué)家埃德溫·哈勃(EdwinPowellHubble)而得名。屬于美國航空航天局(NASA)與歐洲航天局(ESA)的合作項目。是設(shè)置在地球軌道上的，通光口徑2.4m的反射式天文望遠(yuǎn)鏡，于1990年4月24日發(fā)射升空。用于從紫外到近紅外(115—1010nm)探測宇宙目標(biāo)。其橢圓軌道高度為距離地面593公里，軌道平面傾斜度為28.5度，軌道周期96-97分鐘。配備有光譜儀及高速光度計等多種附屬設(shè)備。由高增益天線通過中繼衛(wèi)星與地面聯(lián)系。由于沒有大氣湍流的干擾，它所獲得的圖像和光譜具有極高的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。預(yù)計在2014年開始，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）將發(fā)射升空，并逐步接替哈勃的工作。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是被送入軌道的口徑最大的望遠(yuǎn)鏡。它全長12.8米，鏡筒直徑4.27米，重11噸，由三大部分組成，第一部分是光學(xué)部分，第二部分是科學(xué)儀器，第三部分是輔助系統(tǒng)。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡

望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個雙曲面反射鏡組成，一個是口徑2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像，供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理，得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。

除了光學(xué)部分，望遠(yuǎn)鏡的另外一個主要部分就是裝在主鏡焦平面上的八臺科學(xué)儀器，分別是：寬視場和行星照相機(jī)、暗弱天體照相機(jī)、暗弱天體攝譜儀、高分辨率攝譜儀、高速光度計和三臺精密制導(dǎo)遙感器。

這些科學(xué)儀器是為望遠(yuǎn)鏡在最初幾年運轉(zhuǎn)期間所配備的。為了使太空望遠(yuǎn)鏡能夠充分利用最新技術(shù)成果，焦平面上的這些儀器設(shè)計成可作各種不同組合和更換方式。在望遠(yuǎn)鏡工作期間，可以通過航天飛機(jī)上的航天員進(jìn)行維修更換，必要時，也可以用航天飛機(jī)將整個望遠(yuǎn)鏡載回地面作大的修理，然后再送入軌道。

輔助系統(tǒng)包括兩個長11.8米，寬2.3米，能提供2.4千瓦功率的太陽電池帆板，兩個與地面通訊用的拋物面天線。

哈勃望遠(yuǎn)鏡鏡筒的前部是光學(xué)部分，后部是一個環(huán)形艙，在這個艙里面，望遠(yuǎn)鏡主鏡的焦平面上安放著一組科學(xué)儀器；太陽電池帆板和天線從筒的中間部分伸出。

美國宇航局的科學(xué)家通過哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到“圣誕星云”，其外形結(jié)構(gòu)非常類似美麗的“雪天使”，如同來自遙遠(yuǎn)宇宙中的圣誕節(jié)祝福。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡得到的數(shù)據(jù)首先被儲存在航天器中。在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡最開始發(fā)射時，儲存數(shù)據(jù)設(shè)施是老式的卷帶式錄音機(jī)。但這些設(shè)備在之后的維修任務(wù)中得到了替換。每天哈勃太空望遠(yuǎn)鏡大約分兩次將數(shù)據(jù)傳送至地球同步軌道跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，然后數(shù)據(jù)再被繼續(xù)發(fā)送至位于新墨西哥的白沙測試設(shè)備，通過位于白沙測試設(shè)備的60英尺（18米）直徑的高增益微波電線之一，信息最后被傳送到戈達(dá)德太空飛行中心和太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所處存檔。

第一次維護(hù)任務(wù)

在1990年4月哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空的數(shù)星期后，研究人員發(fā)現(xiàn)從哈勃空間望遠(yuǎn)鏡傳回來的圖片有嚴(yán)重的問題，獲得的最佳圖像品質(zhì)也遠(yuǎn)低于當(dāng)初的期望：點源的影像被擴(kuò)散成超過一弧秒半徑的圓。

通過對圖樣缺陷的分析顯示，問題來源于主鏡的形狀被磨錯了。雖然這個差異小于光的1/20波長，鏡面與需要的位置只差了微不足道的2微米，但這個差別造成了災(zāi)難性的球面像差。這樣來自鏡面邊緣的反射光不能聚集在與中央的反射光相同的焦點上。

1993年，奮進(jìn)號執(zhí)行了對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的第一次維修，研究人員設(shè)計一個有相同的球面像差，但功效相反的光學(xué)系統(tǒng)來抵消錯誤，相當(dāng)于配上一副能改正球面像差的眼鏡。用來改正球面像差的儀器稱為空間望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)（COSTAR）。為了給COSTAR在望遠(yuǎn)鏡內(nèi)提供位置，必須移除其中一件儀器，天文學(xué)家的選擇是犧牲高速光度計。

除此之外，廣域和行星照相機(jī)被第二代廣域和行星照相機(jī)以及內(nèi)部的光學(xué)更新系統(tǒng)取代。另外，太陽能板和驅(qū)動的電子設(shè)備、四個用于望遠(yuǎn)鏡定位的陀螺儀、二個控制盤、二個磁力計和其他的電子組件也被更換。

第二次維護(hù)任務(wù)

第二次維護(hù)任務(wù)由發(fā)現(xiàn)號在1997年2月的STS-82航次中執(zhí)行，以太空望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）和近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）替換掉戈達(dá)德高解析攝譜儀（GHRS）和暗天體攝譜儀（FOS）；以一臺新的固態(tài)記錄器替換工程與科學(xué)錄音機(jī)，修護(hù)了絕熱毯和再提升哈柏的軌道。近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀包含由固態(tài)氮做成的吸熱器以減少來自儀器的熱噪聲，但在安裝之后，部分來自吸熱器的熱擴(kuò)散卻意料之外的進(jìn)入光學(xué)擋板，這額外增加的熱量導(dǎo)致儀器的壽命由原先期望的4.5年縮短為2年。

第三次維護(hù)任務(wù)(3A)

在六臺陀螺儀中的三臺故障之后（第4臺在任務(wù)之前幾個星期故障，使望遠(yuǎn)鏡不能勝任執(zhí)行科學(xué)觀察），第三次維護(hù)任務(wù)仍然由發(fā)現(xiàn)號在1999年12月的STS-103航次中執(zhí)行。在這次維護(hù)中更換了全部的六臺陀螺儀，也更換了一個精細(xì)導(dǎo)星傳感器和計算機(jī)，安裝一套組裝好的電壓/溫度改善工具（VIK）以防止電池的過熱，并且更換絕熱的毯子。新的計算器是能在低溫輻射下運作的英特爾486，可以執(zhí)行一些過去必須在地面處理的與太空船有關(guān)的計算工作。

第四次維護(hù)任務(wù)(3B)

第四次維護(hù)任務(wù)由哥倫比亞號在2002年3月的STS-109航次中執(zhí)行，以先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）替換了暗天體照相機(jī)（FOC），并且查看了冷卻劑已經(jīng)在1999年耗盡的近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀（NICMOS）。更換了新的冷卻系統(tǒng)之后，雖然還不能達(dá)到原先設(shè)計時預(yù)期的低溫，但已經(jīng)冷到足以繼續(xù)工作了。

在這次任務(wù)中再度更換了太陽能板。新的太陽能板是為銥衛(wèi)星發(fā)展出來的，大小只有原來的三分之二，除了可以有效的減少稀薄大氣層帶來的阻力，還能多供應(yīng)30%的動力。這多出來的動力使得哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上所有的儀器可以同時運作，并且因為較為柔軟，還消除了老舊的太陽能板因為進(jìn)出陽光照射區(qū)域會產(chǎn)生震動的問題。為了改正繼電器遲滯的問題，哈柏的配電系統(tǒng)也被更新了。這是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡升空之后，首度能完全的應(yīng)用所獲得的電力。其中影響最大的兩架儀器，先進(jìn)巡天照相機(jī)和近紅外線照相機(jī)和多目標(biāo)分光儀，在2003至2004年間共同完成了哈勃超深空視場。

最后的維護(hù)任務(wù)(SM4)

最近一次的哈勃維修任務(wù)原本安排在2008年8月，由于哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重故障，原定的維修任務(wù)推遲至2009年5月11日。在此次維修中，機(jī)上的7名宇航員通過5次太空行走對哈勃太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了最后一次維護(hù)，為其更換了大量設(shè)備和輔助儀器，進(jìn)行了脫胎換骨的維護(hù)更新。這些更新主要包括：以新的第三代廣域照相機(jī)(WFC3)取代WFPC2；安裝新的宇宙起源頻譜儀（COS）、取回該處的COSTAR光學(xué)矯正系統(tǒng)；修復(fù)損壞的先進(jìn)巡天照相機(jī)（ACS）；修復(fù)損壞的空間望遠(yuǎn)鏡影像攝譜儀（STIS）；替換損壞的2#精細(xì)導(dǎo)星傳感器（FGS）；更換科學(xué)儀器指令和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（SIC&DH）；更換全部的電池模組；更換所有的6個陀螺儀和3組定位傳感器（RSU）；更換對接環(huán)、安裝全新的絕熱毯（NBOL）、補(bǔ)充制冷劑等等。

這次維護(hù)不但全方位提高了哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測性能，而且可望使其服役期最少延長至2014年。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對造父變星的觀測為哈勃常數(shù)的精確測量提供了保證。哈勃的精細(xì)導(dǎo)星傳感器對造父變星進(jìn)行了直接的視差測量，大大削減了用造父變星周光關(guān)系推算距離的不確定性。在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡之前，觀測得到的哈勃常數(shù)有1-2倍的差異，但是在有了新的造父變星觀測之后宇宙距離尺度的不確定性猛然下降到了大約只有10%，從而對宇宙的擴(kuò)張速率和年齡有更正確的認(rèn)知。