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哈勃望遠鏡離開“發(fā)現號”航天飛機的動人瞬間，展開的金色帆板正對著耀眼的太陽亿絮，而鏡筒蓋板則映照著藍色的地球告喊，美得如同一件藝術品。

上期鏈接：哈勃望遠鏡的傳奇一生（一）

上期回顧：為了更美的星空壹无，為了宇宙的奧秘葱绒，人類研究空間望遠鏡的可能性，并最終研制了第一個大型空間望遠鏡——哈勃望遠鏡斗锭。在哈勃望遠鏡的立項地淀、研制和發(fā)射過程中，幾次面臨困境岖是，都頑強地渡過帮毁。他藝術品般的外觀下凝結著當時人類的尖端科技和智慧。當哈勃望遠鏡在萬眾期待中，終于翱翔太空，一次致命打擊也即將來臨窖剑。

天生近視的哈勃望遠鏡

我得說，當我們將它發(fā)射升空后發(fā)現它存在一個光學問題時爷肝，我都想不到20年后我們還可以在這里談論它創(chuàng)造的這些偉大成績。 ——?埃德.韋勒陆错，哈勃望遠鏡前首席科學家

右側是哈勃望遠鏡傳回的第一張圖片（廣域和行星相機）灯抛，左側是智利的拉斯坎帕納斯天文臺的2.5米口徑望遠鏡拍攝的相同天域。哈勃望遠鏡的圖像更銳利音瓷，清晰度比拉斯坎帕納斯天文臺高50%对嚼，但遠低于設計指標。

1990年4月25日绳慎，當“發(fā)現號”航天飛機成功將哈勃望遠鏡放入太空纵竖，全世界都期待著他碩大的“眼睛”所看到的宇宙圖像。5月20日杏愤，哈勃望遠鏡向地面?zhèn)骰亓说谝粡堈掌移觯o所有人澆了一桶冷水，照片成像質量遠遠沒有達到設計要求珊楼。通過對哈勃望遠鏡進行不斷調焦乏奥，依然得不到清晰的圖像，說明光學系統(tǒng)存在嚴重的問題亥曹。點光源的影像被擴散成超過直徑1弧秒（1度的1/3600）的圓邓了，而設計要求是集中在直徑0.1 弧秒（1度的1/36000）之內。奮斗了多年媳瞪，人們驚訝地發(fā)現哈勃望遠鏡竟然是個近視眼骗炉。這意味著25億美元的投入，制造出來的也許只是廢物蛇受，這次的打擊是致命的句葵。

點光源被擴散成一個超過直徑1弧秒?（1度的1/3600）?的圓，這意味著存在球面像差兢仰。

左圖是正確的情況乍丈，所有光學都匯聚于焦點；右圖是存在球面像差的情況把将，沒有統(tǒng)一焦點轻专，無法正常對焦。

為了診斷問題的原因察蹲，美國國家航空航天局進行了全面深入的調查请垛，確認主鏡存在球面像差，也就是說主鏡的形狀被磨錯了洽议，鏡面邊緣弧度比設計的平了一些宗收，與需要的位置差了約2.2微米，大概是頭發(fā)絲直徑的1/50亚兄。這個誤差雖然看起來微小混稽，可對于哈勃望遠鏡這樣高精度的設備來說是災難性的。來自鏡面邊緣的反射光审胚，不能聚集在與中央的反射光相同的焦點上匈勋，導致了圖像的模糊不清。

地面檢驗人員對哈勃望遠鏡主鏡進行外觀檢查菲盾，這種檢查能發(fā)現鏡面鍍層的缺陷颓影，發(fā)現不了球面像差。

在進一步的調查中懒鉴，確定了錯誤是如何發(fā)生的诡挂。調查發(fā)現珀金埃爾默使用的零校正器在裝配上發(fā)生了錯誤，它的向場透鏡位置偏差了 1.3 毫米临谱。零校正器是用來校正鏡子磨制誤差的璃俗，它的位置偏差直接就導致鏡子磨制的偏差。而零校正器的位置偏差只是由于錯誤地在裝配中增加墊片而導致的悉默。你是否還記得城豁，上期中說到“挑戰(zhàn)者號”航天飛機失事的原因是一個O形橡膠環(huán)失效導致的。航天是一個風險極大抄课，要求極其細致可靠的領域唱星，一個橡膠環(huán)雳旅、一枚墊片、一顆螺絲间聊，甚至一根多余的頭發(fā)都有可能決定最終的成敗攒盈。

在地面測試大廳中，組裝完成的哈勃望遠鏡旁哎榴，所有操作人員從頭到腳著凈化防靜電服型豁。

這一切本來還有兩次挽救的機會。在拋光鏡子的期間尚蝌，珀金埃爾默公司使用另外二架零校正器迎变，兩者正確地都顯示鏡子有球面像差。而珀金埃爾默公司武斷地認為這二架零校正器的精確度不如主要的設備飘言，而忽略了測試的結果衣形。在光學系統(tǒng)制作完成后，本該將光學系統(tǒng)組裝起來測試整體成像精度热凹，但由于成本泵喘、進度等多方面原因而沒有進行測試。導致問題帶到了太空般妙，造成了難以挽回的后果纪铺。有句話叫：沒有測量就沒有管理，沒有反饋就沒有目標碟渺。及時并正確地測量鲜锚，及時并正確地反饋，真正實現目標管理苫拍，無論在哪里都是確定成敗的芜繁。

由柯達公司通過傳統(tǒng)方式磨制的主鏡備份，這面鏡子現在永久保存在史密松寧學會

史無前例的太空維修

哈勃望遠鏡離開“發(fā)現號”航天飛機前绒极，下面是藍色的地球

如果主角換成是其它的航天器骏令，故事到此也就結束了，結局是這個悲劇給人們留下永遠的遺憾垄提±拼可咱們說的是傳奇的哈勃望遠鏡，故事遠遠還沒結束铡俐，而是剛剛開始凰兑。你是否還記得，上期中說到哈勃望遠鏡采用了航天飛機的方案审丘，這個決策是極其英明的吏够。在一開始的設計上，航天飛機就扮演著哈勃空間望遠鏡的定期維護者。為了保障15年的設計壽命锅知，航天飛機大約每3年就要去太空對哈勃望遠鏡進行一次全面的修理〔ゼ保現在是該航天飛機再次登場了。

兩名宇航員來到哈勃望遠鏡旁喉镰，準備打開儀器艙門旅择。

1993年12月，“奮進號”航天飛機升空侣姆，于10天之中對哈勃望遠鏡進行了儀器和設備的更換。其中最重要的操作是用兩個：1沉噩、更換新的廣域和行星相機捺宗，在相機內部對球面像差進行校正；2川蒙、光軸補償校正光學組件取代了高速光度計蚜厉，在外部對其他現有儀器的球面像差進行校正。這兩個操作為哈勃望遠鏡戴上了“眼鏡”畜眨，解決了“近視”問題昼牛。另外，太陽帆板和驅動的電子設備康聂、四個用于望遠鏡定位的陀螺儀贰健、二個動量輪、二個磁力計和其他的電子組件也被更換恬汁。望遠鏡上攜帶的計算機也被更新升級伶椿。由于高層稀薄的大氣仍有阻力，在三年內逐漸衰減的軌道也被提高了氓侧。

宇航員在更換設備脊另，治療哈勃望遠鏡的“近視”。??

在維修過程中發(fā)生過一個小插曲约巷，在順利更換陀螺儀之后偎痛，最后關艙門時遇到了很大困難。當時情況很緊急独郎，如果不能盡快關上艙門踩麦，哈勃望遠鏡的內部溫度將會失控，導致儀器損壞囚聚。好在經過1個多小時的緊張努力靖榕，終于把門栓鎖住，沒有造成嚴重后果顽铸。

在壯闊的非洲好望角上空茁计，哈勃再一次出發(fā)

失重環(huán)境下穿著艙外航天服修理如此精密的科學儀器，挑戰(zhàn)是史無前例的，對于宇航員的要求極高星压，不亞于做一臺高難度的外科手術践剂。其一，宇航員穿著笨重的宇航服娜膘，行動很不方便逊脯；其二，哈勃望遠鏡上的設備是精密昂貴且脆弱的竣贪，稍有不慎就可能報廢军洼；其三，所有的操作都是在失重狀態(tài)下演怎，讓操作與用力手法和地面完全不同匕争；其四，宇航員與真空環(huán)境之間只隔了宇航服爷耀，由于操作不慎導致宇航服破損甘桑，或者被微流星等擊中，都有可能喪命歹叮；其五跑杭，哈勃望遠鏡在600公里軌道高度，他所經歷的“一天”時間為90分鐘咆耿，也就是1.5小時會快速經歷一次白天和黑夜德谅，光照條件及溫度都變化劇烈，無論對于宇航員還是哈勃望遠鏡都是極大的考驗票灰。為了應對挑戰(zhàn)女阀，這些宇航員都在林頓·約翰遜太空中心的2萬立方米的水池中進行模擬失重的太空作業(yè)，面對全尺寸的哈勃望遠鏡實物模型屑迂，使用近百種特別為此次任務所設計的工具浸策，進行高強度密集訓練。

在約翰遜太空中心的巨大水池中惹盼，宇航員正訓練模擬失重狀態(tài)下的哈勃望遠鏡修理操作庸汗。

1994年1月13日，美國國家航空航天局召開了記者招待會手报，宣布在首次維修任務中安裝在哈勃望遠鏡上的新光學系統(tǒng)成功修正了主鏡的球面像差問題蚯舱，使哈勃望遠鏡的圖像清晰度達到預期。這可以看做是美國國家航空航天局重獲新生的一次宣言掩蛤。由于在研制過程中枉昏，對哈勃望遠鏡主鏡的質量管理未能盡到應盡的職責，錯失了在地面發(fā)現問題并解決的機會揍鸟，讓美國國家航空航天局飽受非議兄裂。如果沒能修理好哈勃望遠鏡，不但會讓NASA難以自保，可能還會嚴重影響后續(xù)人類探索太空的預算撥款晰奖，后續(xù)的大型空間望遠鏡項目都將面臨擱淺谈撒。哈勃望遠鏡能正常工作的消息令人極其振奮，這是一個歷史性里程碑匾南，如同伽利略開啟現代觀測天文學一般啃匿，哈勃望遠鏡即將把人類對宇宙的認識帶入嶄新時代。

這是哈勃望遠鏡維修前后的圖像對比（M100星系）蛆楞，維修后圖像的細節(jié)令人震撼

不斷重生

從這之后溯乒，航天飛機定期發(fā)射太空，對哈勃望遠鏡進行維修臊岸。這些維修任務主要可以分成兩類：第一類維修任務是對于科學儀器進行升級替換橙数，直接提升科學生產力；第二類維修任務是對于哈勃望遠鏡平臺維護系統(tǒng)的更換帅戒，主要是替換掉已經故障的設備，并升級一些新技術的設備崖技，讓哈勃望遠鏡能更好地支持科學研究逻住。每次經過航天飛機維修，哈勃望遠鏡就如同經歷了一次重生迎献，脫胎換骨變得更強大瞎访。

哈勃望遠鏡的第二次維修

1997年2月11日至21日，“發(fā)現號”航天飛機進行了第二次維護任務吁恍。其中第一類維修任務是：以空間望遠鏡影像攝譜儀（STIS）和近紅外線照相機及多目標分光儀（NICMOS）替換掉戈達德高解析攝譜儀（GHRS）和暗天體攝譜儀（FOS）扒秸。第二類維修任務是以一臺新的固態(tài)記錄器替換工程與科學紀錄器，修護了絕熱毯和再提升哈勃的軌道冀瓦。

近紅外線照相機及多目標分光儀需要探測紅外光伴奥，對熱控要求很高，包含由固態(tài)氮做成的吸熱器以減少來自儀器的熱噪聲翼闽。這次出現了一個小意外拾徙，部分來自吸熱器的熱擴散進入光學擋板，這額外增加的熱量導致儀器的壽命由原先期望的4.5年縮短為2年感局。

空間望遠鏡影像攝譜儀可以通過將光分解為光譜尼啡，而分析出距離遙遠星系的組成元素

1999年11月13日，在第四個陀螺儀發(fā)生故障后询微，哈勃望遠鏡進入一種被稱為“安全模式”的休眠狀態(tài)崖瞭。哈勃在船上有六個陀螺儀，但需要至少三個才能準確地指向和觀測撑毛。在安全模式下书聚，哈勃望遠鏡將停止進行新的科學觀測，而是進入保障能源和通信安全的狀態(tài)。

向發(fā)射架前進過程中的航天飛機

為了能夠盡快修復哈勃望遠鏡寺惫，重啟科學觀測疹吃，美國國家航空航天局緊急啟動了第三次維修任務。12月19日至27日西雀，“發(fā)現號”航天飛機再次受命升空萨驶，取得圓滿成功。在這次維護中更換了全部的六臺陀螺儀艇肴，也更換了一個精細制導傳感器和功能更強大的計算機腔呜，安裝了一套組裝好的電壓/溫度改善工具（VIK）以防止電池的過熱，并且更換了絕熱毯再悼。新的計算機是能在低溫和輻射條件下運作的英特爾486核畴，可以執(zhí)行一些過去必須在地面處理的與太空船有關的計算工作。

在第三次維修任務的第二次太空行走中冲九，ESA的Claude Nicollier正在將精細制導傳感器插入哈勃望遠鏡谤草。Michael Foale正在協(xié)助。

第四次維護任務由“哥倫比亞號”航天飛機在2002年3月1日至12日完成莺奸。任務中以先進巡天照相機（ACS）替換了暗天體照相機（FOC）丑孩。這個最新安裝的先進巡天照相機具備廣闊的視野、卓越的圖像質量和精確的靈敏度灭贷，具有10倍于它所取代的相機的科研能力温学。為近紅外線照相機及多目標分光儀（NICMOS）更換了新的冷卻系統(tǒng)，雖然還不能達到原先設計時預期的低溫甚疟，但已經冷到足以繼續(xù)工作了仗岖。

宇航員John M. Grunsfeld與Richard M. Linnehan正在協(xié)同作業(yè)，為哈勃更換第三代太陽能板览妖，稱為SA3轧拄。 Linnehan站在哥倫比亞號航天飛機遠程機械手系統(tǒng)（RMS）末端的腳踏板上。

在這次任務中再度更換了太陽能板黄痪。新的太陽能板是為銥衛(wèi)星發(fā)展出來的紧帕，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桅打，還能多供應30%的電力是嗜。這多出來的動力使得哈勃空間望遠鏡上所有的儀器可以同時運作，其中影響最大的兩架儀器挺尾，先進巡天照相機和近紅外線照相機和多目標分光儀鹅搪，在2003至2004年間共同完成了哈勃超深空視場，在一小片星域拍攝到了近10000個星系遭铺，震驚了全世界丽柿。

第四次任務的最后一次太空行走

通過之前四次維修恢准，哈勃望遠鏡就如同經歷了四次脫胎換骨般的重生。每次維修都給哈勃望遠鏡帶來了新的能力甫题，使得哈勃能一直處于天文觀測的最前線馁筐，滿足全世界天文學家的科研需求。維修是哈勃望遠鏡能“永葆青春”坠非、持續(xù)做出新發(fā)現的關鍵敏沉。

哈勃眼中的奇幻星空

下期預告：第四次維修任務一年后，“哥倫比亞號”航天飛機失事炎码，美國國家航空航天局宣布取消哈勃的第五次維修任務盟迟。哈勃望遠鏡的命運就這樣結束，還是會有新的轉機潦闲？敬請期待“火星茶館”下一期攒菠。