1前言
为了更精细观测天体和研究银河系及河外星系的详细情况，探索宇宙起源，年龄和黑洞秘密，必须提高望远镜的集光能力和分辨率。但地面望远镜由于大气湍流造成的光线抖动，星光闪烁和地面背景干扰较强等因素，很难做到可观测28等暗星和分辨率达“护1以上的理想望远镜。尤其大气中臭氧，氧和氮分子等对紫外线的强烈吸收，天体的紫外光谱在地面无法进行观测。在红外波段由于水汽和CO:分子等振动带，转动带所造成的强烈吸收，只留下很少的观测波段。因此在1971年美国宇航局受理了制造和发射哈勃空间望远镜的计划，并于1977年得到美国国会批准，1979年开始设计，1990年4月24日在肯尼迪航天中心，由“发现”号航天飞机发射升空，定轨高度610公里，赤道倾角29度，轨道周期96分钟。
以美国天文学家哈勃命名的空间望远镜长13.2米，直径4.3米，总重12吨，可观测28等暗星，角分辨率了.007，使用寿命15年，可看到150亿光年的河外星系，可观测1150一1100oA从红外到紫外的所有波段内的各种天体。从而可研究恒星的产生与演变，研究天体的激变物理过程，研究银河系的结构，分布及其运动，研究河外星系诞生与演变及各种类星体，活动星系等。但是“哈勃”升空后2个月发现望远镜聚焦不好，并且导星时有抖动而影响正常使用，为此美国宇航局(NASA)决定于1993年12月初对望远镜作12天的太空维修。
2哈勃空间望远镜的特点
造价15亿美元的哈勃空间望远镜，在宇宙空间不受大气干扰，从而可使图像分辨率达到衍射极限0.007角秒，并且天空背景不受大气辉光和照明灯光影响，不受大气吸收和散射影响，有利于暗星的观测，尤其是点像不受大气干扰而变得对比度极好，提高了观测星等到28等星，并使分光光谱分辨率达。.5兆赫。由于不存在重力结构变形，提高了跟踪指向精度和像质。
空间望远镜的造价是高昂的，并且运输和修理困难，因此对它的设计与制造提出一系列严格的要求:如主镜加工面形精度优于
，望远镜重量要轻，选择强度高和膨胀系数小的轻质材料(如铍，钛，碳纤维塑料等)制造机架，镜面用微晶玻璃蜂窝结构，使有足够的刚度和强度，能经受航天发射时的超重和振动。为降低望远镜本身热辐射，机架各部分镀高反射率材料(如金、银等)，并尽可能降温，对各种接收仪器操纵，转换和观测结果要及时记录和输送，要配遥测遥控系统。还要有高精度姿态控制和导星系统。并用喷气技术来控制望远镜筒的指向等要求，为此哈勃空间望远镜(图1)由光学望远镜组件，科学仪器舱，航天保障系统等三大部分组成。
2.1光学望远镜组件
主焦比f/2.4的卡塞格林反射望远镜，主副镜为凹凸双曲面可消球差和慧差，主镜直径2.4米，副镜直径O，3米，主副镜间距4.57米，主镜用超低膨胀系数7971ULE玻璃，由CorNIng厂制成蜂窝结构，重817.Zkg，面形精度矗，在6328“处反射率89%，70%能量集中在01以内，镜面镀铝厚。065拼m，再镀氟化镁保护膜厚。025拌m，以防氧化和提高紫外光反射率，镀膜均匀度<3%，膜层厚度偏差<0.01入。镜筒为析架结构，为防杂散光干扰，
在主镜到副镜前10英尺范围有薄壁圆柱形挡扳。望远镜由Perkin一Elmer公司制造。
2.2科学仪器舱
2.2.1暗弱天体照相机
为在较宽波段高分辨率观测28等星，以研究爆炸星系和类星体周围星系，确定恒星周围行星位置和活动星系核周围精细结构，如图2设f/96和f/48二台相机，用光子计数成像探测器，可在光阴极管上产生11”xll“和22“X221)图像，有512x512象素，每个象素16bit对应011.022和O“.04分辨率。有3级MgFZ电子星像增强器，能将1200一600oA波段范围天体亮度增强10万倍，可观测比地面大型望远镜达5一7倍距离的天体。为观测最暗目标，要求探测器具有最高灵敏度和最低噪声，探测器由像增强器，电视阴极射线管及它们间藕合透镜组成。还能测偏振。
2.2.2宽视场和行星照相机
为鉴别季节变化和长期变化自然现象，焦比f/12.8宽视场相机的视场2’·67X2’·67，每个象素对应护.1分辨率，视场内可观测几百个亿光年远的星系。焦比f/30行星照相机视场68即.7x68即.7，每个象素对应了.043分辨率，可拍摄行星周围高分辨率的照片。如图3借助棱锥体绕其轴转45“，可分别转向两个相机，使两个独立相机装在一个仪器舱内。两个相机均由4个800x800象素CCD组成，共有256万个象素。低背景噪声和高灵敏度CCD适于作银河系和河外星系弱星体观测，曝光时间短，用晕苯有机磷光体涂复的CCD观测波段115oA一1100oA。
2.2.3暗弱天体光谱仪
2.2.4高分辫率光谱仅
2.2.5高速光度计
由于大气闪烁噪声使地面光度计难以研究短于1秒时间变化，且地面观测要求直径几孤秒的光度计口径增加讯噪比。在空间无这些限制，可在1200一s000A。区以10拜s时间间隔，对天体作高时间分辨率精测;可测很少强振幅变化(。.001星等)和近紫外线性偏振。改善对银河和较近星系大小认识，可建立恒星光度标准，研究它们时间变化，测定天体随时间光变现象和天体距离。如图6它有4个折象管和1个光电倍增管，两个CsTe/MgFZ析象管对一200一300oA敏感，两个bialkali光阴极/石英板面的析象管对1800一700oA敏感，光电倍增管对红光敏感。一个bialkah管测紫外线性偏振，其余三个作光度计。光电倍增管与bialkah光度探测器一道用干掩星观测，多块滤光片作宽带分光。
上述5台科学仪器和3台精密制导传感器分装成8个箱体，宽视场和行星相机及3台精密制导传感器绕径向排列安装，其余均装于平行于光轴焦面上，由转向镜选择焦平面中8个视区中一个，即可进行各种观测和位置测量。
2.3航天保障系统
为保证望远镜正常飞行和工作，并将资料发送到地面控制中心。由导航姿控系统的3台定向恒星跟综仪和6台速率陀螺仪，3台精密导星仪可测到护.0016相对位置精度，可提供速度，转动，倾角和偏角等信息，以控制望远镜航行和定位，使光轴稳定在0’’.01以内。数据处理系统由中央计算机执行航天和观测指令，计算和存储，传输观测和工程数据，测定太阳能电池板和通讯天线的方向。供电系统由两片太阳能电池板和6个蓄电池组成。通讯联络系统将观察到的图像和数据，经一个地球同步卫星以每秒100万位二进制码转发至地面。温控和保险系统监视望远镜和电源工作，必要时可自动停机待航天飞机维修。系统可由航天飞机带至空中进行装配。
3存在问题与需修复措施和项目
哈勃望远镜进入空间轨道两个月后，发现成像模糊和导星时抖动而影响使用，现分别介绍于下:
3.3用于导航和测速的3对6台速
率陀螺仪，由于有差误差讯号需更换2对4台。为提高宽视场行星相机的灵敏度和分辨率，需更换一台内有矫正光学系统的新相机。为提高数据处理能力和运行速度，386微型计算机需增添处理器和存储器。用于测量地球磁场强度和帮助导航系统控制望远镜方位和俯仰，以瞄准星际探测目标的两个磁场探测器有故障需更换，并盖上防护罩。高分辨率光谱仪的两台摄谱器，其中一台电压不足而不稳定工作，需更换。
4进展情况
美国宇航局和欧州航天局为修复造价为15亿美元的哈勃空间望远镜(包括6亿美元的地面测控系统与运输经费共21亿美元)，又投资6.29亿美元(其中更换维修部件2.51亿美元，航天飞机运输费3.78亿美元)于1993年12月2日一13日由“奋进”号航天飞机的7名宇航员对望远镜进行了一次史无前例的太空维修，并取得了成功。为此美国宇航局挑选了3名最有经验的指令长，驾驶员和操作员，又挑选4名宇航员从1992年3月开始在水中失重状态下，进行1年多模拟太空中的维修动作。因宇航员在太空中行走，密闭的头盔限制了视野，加压的多层手套又影响手的灵敏度和触觉，这给更换及维修带来难度，因不准触及光学零件，以免移位和弄污零件而影响成像质量，对更换太阳能电池板也要有数百个步骤，这就要求宇航员在地面反复练习达到非常熟练的程度。
“奋进”号航夭飞机12月2日升空后，一直追赶以每小时2.8万公里速度飞行的哈勃空间望远镜，4日晨“奋进”号从后下方接近“哈勃”不到10米，在两者相对速度<2.scm/S情况下，将“哈勃”固定到航天飞机敞开的载货舱内。从4日到9日4名宇航员分两组(一人操作，一人递工具)，每天工作6小时，共36小时，轮流在开放的太空中为“哈勃”更换两对陀螺仪及其电子元件，保险丝及太阳能电池板;更新一架广角星际照相机和两台磁强仪;安装一
个重296kg，冰箱大小(2.2米xo.88米X0.88米)的轴向补偿光学校正系统，高分辨率光谱仪，暗弱天体照相机和光谱仪;为386微机增添协处理器和存储器等，最后在地面人员遥控下，将两片太阳能电池板展开。在完成上述一系列修复工作后，再进行检验和调试，如作高分辨率光谱仪，暗弱天体照相机和光谱仪的观测和调试，再启用主镜光学补偿校正系统和广角行星相机，这时一组精选的天文观测图片即可问世。自12月10日将“哈勃”重新置放在空间轨道后，其一切设备均运行正常，未出现任何故障，在更换中也没有损伤任何部件，达到了预期目的。
根据最近报导，哈勃空间望远镜在观测河外星系的活动星系核时，已将过去无法看清的吸积盘显示得格外清楚，这将对恒星的形成等演变及揭示黑洞秘密提供极有力证据。另外它将对类星体观测与研究，星系间距离的准确测量，星系演化及其碰撞，球状星团和太阳系的形成等带来更振奋人心的新发现如看到遥远天体赛弗特星系M77CNGCIO68中心区域的细节，有几个热气体云团挤在一起。还看到NGC1261核心部分的气体和尘埃盘细节。还有阿贝尔星系团114(Acll4)发生引力透镜现象，ACll4因受到位于前方星系的引力作用，光线发生曲折成4个像称“爱因斯坦十字”等。
参考文献(略)
