最近，美国宇航局宣布，哈勃空间望远镜已恢复科学观测，并且健康状况良好。4月底，“哈勃”一度因故障进入安全模式，停止科学观测。服役30多年来，“哈勃”贡献了哪些重大成果？曾遭遇哪些挑战？新一代空间望远镜和太空作业需要吸取“哈勃”的哪些经验和教训呢？

　　1990年4月24日，哈勃空间望远镜飞入太空。作为美国宇航局的旗舰天文台产品，至今“哈勃”已服役34年，远远超过最初15年的预期寿命，拍摄了无数张梦幻瑰丽的宇宙景象。

　　其实，“哈勃”绚丽摄影的意义超出大众想象。众所周知，光即使以惊人的速度移动，对于宇宙空间来说仍然显得“很慢”。通过将遥远的太空物体拍摄下来并呈现在人类眼前，“哈勃”的照片就像是穿越时空的核心样本，展现了不同的星系早期发展历程，而且越成熟的星系，其图像往往越会出现在视场深处。

　　比如，1995年12月18～28日，“哈勃”拍摄的宇宙核心样本包含了342张曝光照片，由蓝色、红色和红外线组合而成。它们帮助天文学家推断出不同星系的距离、年龄和组成部分：较蓝的天体含有年轻的恒星，或者可能相对较近；更红的天体包含更古老的恒星，或者可能更远。

　　作为轨道观测站，“哈勃”可以收集从紫外线到可见光、直至电磁波谱的近红外部分光波长。这种对广泛波长范围的敏感性，使其成为长期以来最有价值、最高产的天文台之一。同时，“哈勃”可以分辨出角直径仅为0.05角秒的天体，相当于从138公里外看到一角硬币的宽度。

　　高敏感性、高分辨率使“哈勃”能够对恒星周围的尘埃盘或极远星系的发光核等进行成像，还可以观察空间范围广大的天体——从太阳系内进行复杂碰撞的小行星，到遥远的恒星形成星系过程，进而追溯到仅为当前的3%年龄时的宇宙影像。

　　依靠诸多“绝技”，哈勃空间望远镜取得了一系列重要发现：揭示“失控的宇宙”，印证宇宙正在加速扩张；追踪星系成长过程，为推演银河系演化的各个阶段发挥了重要作用；描绘了太阳系巨行星及其卫星不断变化的环境，为更加精细、更加靠近目标星球的深空探测任务打好基础；察觉光的“回声”，显示光脉冲在宇宙云中回荡，就像池塘涟漪一样扩散；帮助寻找“怪物”黑洞，尤其是几乎位于每个星系中心的超大质量黑洞。

　　借助近红外仪器，“哈勃”能够透视新生恒星周围的气体和尘埃云，又有机会观测碰撞的中子星和爆炸的超新星，揭示了恒星的“生死谜团”细节。必要时，哈勃空间望远镜通过摆脱大气层的模糊干扰，获得了更广阔、更清晰的宇宙视野，能够探测比肉眼观察黯淡近百亿倍的物体，特别是“照亮”暗物质，帮助天文学家揭示宇宙的基本结构。

　　哈勃空间望远镜的主镜抛光精细，直径为2.4米，质量约为828公斤，能够收集大量光线。理论上，其观测条件不会随着时间改变而改变，甚至不会随着自身轨道改变而改变。天文学家可以重新访问目标，期望每次都能以同样的高质量成像。这种光学稳定性对于探测天体的微小运动变化是至关重要的。

　　尽管如此，在发射两个月后，美国宇航局就承认，“哈勃”暴露缺陷，广角行星相机和暗天体相机观测效果都显示出相同的特征性失真。调查发现，“哈勃”的主镜曲线存在错误，外缘太平了，尽管误差仅有人类头发直径的1/50，仍比设计规定公差大10倍。

　　原来，“哈勃”的主镜是超低膨胀玻璃制成的大圆盘，由于镜外边缘比标准更平，导致落在镜外边缘与其他部分的光线存在不同的焦点，被称为“球面像差”，造成成像模糊。而且，这个缺陷因校正器失准而未能在“哈勃”升空前被查出来。

　　缺陷该怎样弥补呢？如果人类眼睛的晶状体或角膜曲线不规则，进入瞳孔的光线也会有多个焦点，造成视线模糊，需要借助眼镜或激光手术来纠正。科研人员通过重新设计组装件，1993年底委托航天员成功校准“哈勃”反射镜，代价是拆卸部分仪器。

　　“哈勃”借助相机、光谱仪和干涉仪来解析宇宙光线，通过高级巡天相机(英文简称ACS，主要用于可见光)和宽视场相机3(英文简称WFC3，主要用于紫外和红外波长)来获取宇宙图像。其中，2002年安装的ACS具备3个摄像头，称为“通道”，分别针对不同类型的图像。2007年1月，电子故障使两个最常用的“通道”无法运行，直到2009年航天员修复了一个“通道”，补充安装WFC3，改善了“哈勃”的综合成像能力。

　　事实上，2009年“哈勃”维修任务中，航天员相当忙碌，既要处理因制冷剂异常而“休眠”的部分仪器，又更换了一个精细导航传感器。当“哈勃”指向一个目标时，两个精细导航传感器会寻找稳定的点光源(被称为“导航星”)并锁定，以保持望远镜的稳定指向，第三个精细制导传感器可以收集目标的科学信息，包括恒星的角直径或位置等，其精确度是地面望远镜数据的10倍。然而，导航星如果是遥远的星系或双星系统，而不是以前天文学家认为的单星，就会使原先的精细制导传感器无法锁定极悦娱乐代理，这个问题只能通过升级设备解决。

　　后来，航天员不再维修“哈勃”，地面团队仍需时刻分析空间望远镜的故障原因，发送指令，解除安全模式，还要定期“重置”其内部时钟。“哈勃”的内部时钟是32位计数器，每过1/8秒，计数加1，直到约43亿次的最大记录限度，也就是过了近17年后，计数器自动归零。届时，“哈勃”的系统很可能误判时间，干扰定位和收发数据。因此，地面团队需要发送指令，更新其软件，确保原计划服役15年的“哈勃”继续正常工作。

　　毫无疑问，哈勃空间望远镜长期运行，使科研人员和航天员对于运作航天飞行器有了全新的认识和体验极悦娱乐代理。一方面，“哈勃”服役前期，不时有航天员造访，开展维护、升级工作，为太空中人类与机械配合工作积累了宝贵经验，还为太空机器人作业提供了实践检验的机会。

　　科研人员与航天员密切开展天地沟通协作，开发了数百种定制工具，又经过充分测试、改进，以便在特定的限制条件下发挥最佳效果。比如，如何改善舱外航天服、航天手套等人机工效，确保在复杂而危险的太空作业任务中“得心应手”。再比如，无人看管的维修工具、材料怎样合理安置，又需要设计怎样的工具来缓解航天员疲劳，节约宝贵的出舱时间。其中，“哈勃”维护作业遇到的很多问题在载人飞船、航天飞机甚至空间站任务中都没有经验可循。

　　另一方面，“哈勃”及其组件的研制过程突破了很多关键技术，也出现了一些低级失误。为此，美国宇航局的水槽设施中搭建了复制品，供航天员在执行任务前不断练习，检验理论知识，帮助重新设计和完善相关技术工具。事实证明，模拟仿真技术在航天器开发和后续运作中会发挥不可忽视的作用，有助于厂商和使用者减少疏忽，降低风险。

　　在技术应用和设计方案细节方面，哈勃空间望远镜同样贡献了经验和教训。比如，发动机振动和共振频率有可能严重损坏航天器，加强相关领域深入研究对于航天器在轨机动、安全对接等都是至关重要的。

　　此外，“哈勃”失去航天员照料后，设备逐渐老化，故障加速涌现，直接影响其使用寿命的降轨问题更是令科学家忧心忡忡。美国宇航局希望未来借助商业航天力量，恢复“哈勃”维护和升轨工作。如果新一代空间望远镜设计之初就充分考虑到相关需求，制定航天员和机器人工作预案，有望起到事半功倍的效果。

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