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太空望遠鏡 来自维基百科，自由的百科全书
哈勃空间望远镜（英语：Hubble Space Telescope，简称：HST），是以天文学家爱德温·哈勃为名，在地球轨道上运行的空间天文台。哈勃望远镜接收地面控制中心（位于美国马里兰州的霍普金斯大学内）的指令并将各种观测数据通过无线电传输回地球。由于它位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处：影像不受大气湍流的扰动、视宁度绝佳，且无大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。其于1990年被发射之后，成为了天文史上最重要的仪表。它成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。此外，哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的最深入、敏锐的太空光学影像。
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| 基本资料 | |
|---|---|
| NSSDC ID | 1990-037B |
| 组织机构 | NASA/ESA |
| 发射日期 | 1990年4月24日 |
| 任务时长 | 已运作34年6个月23日 |
| 除役日期 | 2030–2040年 |
| 质量 | 11,000千克（24,000英磅） |
| 轨道类型 | 椭圆 |
| 轨道高度 | 559千米（347英里） |
| 轨道周期 | 96-97 分钟 |
| 轨道速度 | 7,500米每秒（17,000英里每小时） |
| 重力加速度 | 8.169米/秒2 |
| 位置 | 低地球轨道 |
| 望远镜类型 | RC反射镜 |
| 波段 | 可见光、紫外线、近红外线 |
| 口径 | 2.4米（94英寸） |
| 集光面积 | 约4.3 平方米（46 平方英尺） |
| 焦距 | 57.6米（189英尺） |
| 仪器 | |
| NICMOS | 红外相机/光谱仪 |
| ACS | 光学巡天相机 |
| WFPC2 | 广角相机（光学） |
| STIS | 光学光谱仪/相机 |
| FGS | 三个精细导星感测器 |
| 网站 | www hubble hubblesite www |
哈勃空间望远镜和康普顿γ射线天文台、钱德拉X光天文台、斯皮策空间望远镜都是美国国家航空航天局大型轨道天文台计划的一部分[1]。哈勃空间望远镜由NASA和ESA合作共同管理。
哈勃空间望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer, Jr.）所提出的论文：《在地球之外的天文观测优势》。在文中，他指出在太空中的天文台有两项优于地面天文台的性能。首先，角分辨率（物体能被清楚分辨的最小分离角度）的极限将只受限于衍射，而不是由造成星光闪烁、动荡不安的大气所造成的低视宁度。当时以地面为基地的望远镜解析力只有0.5-1.0弧秒，相较之下，只要口径2.5米的望远镜就能达到理论上衍射的极限值0.1弧秒。其次，在太空中的望远镜可以观测被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。
斯皮策以空间天文台为事业，致力于空间天文台的推展。在1962年，美国国家科学院在一份报告中推荐望远镜做为发展太空计划的一部分，在1965年，斯皮策被任命为一个科学委员会的主任委员，该委员会的目的就是建造一架空间天文台。
在第二次世界大战时，科学家利用发展火箭技术的同时，曾经小规模的尝试过以太空为基地的天文学。在1946年，首度观察到了太阳紫外线光谱。英国在1962年发射了太阳望远镜放置在轨道上，做为阿丽亚娜太空计划的一部分。1966年NASA进行了第一个轨道天文台（OAO）任务，但第一个OAO的电池在三天后就失效，中止了这项任务了。第二个OAO在1968至1972年对恒星和星系进行了紫外线的观测，比原先的计划多工作了一年的时间。
轨道天文台任务展示了以太空为基地的天文台在天文学上扮演的重要角色，因此在1968年NASA确定了在太空中建造直径3米反射望远镜的计划，当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型空间天文台（LST），预计在1979年发射。这个计划强调须要有人进入太空进行维护，才能确保这个所费不赀的计划能够延续够长的工作时间；并且同步发展可以重复使用的航天飞机技术，才能使前项计划成为可行的计划。[2]
轨道天文台计划的成功，鼓舞了越来越强的公众舆论支持大型空间天文台应该是天文学领域内重要的目标。在1970年NASA设立了两个委员会，一个规划空间天文台的工程，另一个研究空间天文台任务的科学目标。在这之后，NASA下一个需要排除的障碍就是资金的问题，因为这比任何一个地面上的天文台所耗费的资金都要庞大许多倍。美国的国会对空间天文台的预算需求提出了许多的质疑，为了与裁军所需要的预算对抗，当时就详细的列出了望远镜的硬件需求以及后续发展所需要的仪表。在1974年，在裁减政府开支的鼓动下，杰拉尔德·福特剔除了所有进行空间天文台的预算。
为回应此，天文学家协调了全国性的游说努力。许多天文学家亲自前往拜会众议员和参议员，并且进行了大规模的信件和文字宣传。国家科学院出版的报告也强调空间天文台的重要性，最后参议院决议恢复原先被国会删除的一半预算。
资金的缩减导致目标项目的减少，镜片的口径也由3米缩为2.4米，以降低成本和更有效与紧密的配置望远镜的硬件。原先计划做为先期测试，放置在卫星上的1.5米空间天文台也被取消了，对预算表示关切的欧洲空间局也成为共同合作的伙伴。欧洲空间局同意提供经费和一些望远镜上需要的仪表，像是做为动力来源的太阳能电池，回馈的是欧洲的天文学家可以使用不少于15%的望远镜观测时间。在1978年，美国国会拨付了36,000,000元美金，让大型空间天文台开始设计，并计划在1983年发射升空。在1980年初，望远镜被命为哈勃，以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温·哈勃。
空间天文台的计划一经批准，计划就被分割成许多子计划分送各机关执行。 马歇尔太空飞行中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，戈达德太空飞行中心（GSFC）负责科学仪表的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔太空飞行中心委托珀金埃尔默（Perkin-Elmer）设计和制造空间天文台的光学组件，还有精密定位感测器（FGS），洛克希德被委托建造安装望远镜的航天器。[3]
望远镜的镜子和光学系统是最关键的部分，因此在设计上有很严格的规范。一般的望远镜，镜子在抛光之后的准确性大约是可见光波长的十分之一，但是因为空间天文台观测的范围是从紫外线到近红外线，所以需要比以前的望远镜更高十倍的解析力，它的镜子在抛光后的准确性达到可见光波长的廿分之一，也就是大约30 纳米。
珀金埃尔默刻意使用极端复杂的电脑控制抛光机研磨镜子，但却在最尖端的技术上出了问题；柯达被委托使用传统的超精密抛光技术，特别制做一个备用的镜子（柯达的这面镜子现在永久保存在史密松宁学会）[4]。1979年，珀金埃尔默开始磨制镜片，使用的是超低膨胀玻璃，为了将镜子的重量降至最低，采用蜂窝格子，只有表面和底面各一英寸是厚实的玻璃。
镜子的抛光从1979年开始持续到1981年5月，抛光的进度已经落后并且超过了预算，这时NASA的报告才开始对珀金埃尔默的管理结构质疑。为了节约经费，NASA停止支援镜片的制作，并且将发射日期延后至1984年10月。镜片在1981年底全部完成，并且镀上了75 nm厚的铝增强反射，和25 nm厚的镁氟保护层。
因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀，进度也落后的情况下，对珀金埃尔默能否胜任后续工作的质疑继续存在。为了回应被描述成"未定案和善变的日报表"，NASA将发射的日期再延至1985年的4月。但是，珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中，时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中。NASA被迫延后发射日期，先延至1986年3月，然后又延至1986年9月。这时整个计划的总花费已经高达美金11亿7500万。[3]
安置望远镜和仪表的航天器是主要工程上的另一个挑战。它必须能胜任与抵挡在阳光与地球的阴影之间频繁进出所造成的温度变化，还要极端地稳定并能长时间的将望远镜精确地对准目标。以多层绝缘材料制成的遮蔽物能使望远镜内部的温度保持稳定，并且以轻质的铝壳包围住望远镜和仪表的支架。在外壳之内，石墨环氧的框架将校准好的工作仪表牢固的固定住。
有一段时间用于安置仪表和望远镜的航天器在建造上比光学望远镜的组合来得顺利，但洛克希德仍然经历了预算不足和进度的落后，在1985年的夏天之前，航天器的进度落后了个月，而预算超出了30%。马歇尔太空飞行中心的报告认为洛克希德在航天器的建造上没有采取主动，而且过度依赖NASA的指导。[3]
哈勃望远镜上最初的两台主电脑是中央处理器时脉频率1.25 MHz、由洛克威尔公司自动化部门开发的DF-224电脑系统，这款电脑带有三个冗余CPU跟两个冗余的、使用二极管—晶体管逻辑的、由西屋电气及高达德太空飞行中心开发的NSSC-1（美国国家航空航天局标准航天器电脑第一型）系统。在1993年的维护任务1（SM1）中，这款电脑被加上了一个共同处理器，这共同处理气包含了两序列的冗余，每个冗余各有一个基于Intel 80386的中央处理器及80387数学运算伴处理器。[5]在1999年的维护任务3A中，DF-224及其386共同处理器被以一个装有Intel 80486中央处理器系统的电脑取代。[6]比起原本的DF-224电脑，这新电脑的运算速度快上20倍、记忆体多上六倍；此外，借由允许使用现代编程语言的作法，电脑的处理通量也可借由将部分运算任务移至地面而增加，相关经费也得以节省。[7]
除了主电脑外，部分的科学仪表及构件也有自己的微处理器控制系统。望远镜的多重进接询答机（Multiple Access Transponder，MAT）MAT-1及MAT-2使用休斯飞机公司的CDP1802CD微处理器；[8]另外广域和行星照相机也使用RCA 1802微处理器（或较旧的1801版本）。[9]广域和行星照相机在1993年的维护任务1中为第二代广域和行星照相机所取代，而这之后又于2009年的维护任务4中为第三代广域照相机所取代。这些更新使得哈勃望远镜得以在光谱的三个不同且广泛的谱域中看见更深远的宇宙。[10][11]
在1983年，空间天文台科学协会（STScI）在经历NASA与科学界之间的权力争夺后成立。空间天文台科学协会隶属于美国大学天文研究联盟（AURA），这是由32个美国大学和7个国际会员组成的单位，总部坐落在马里兰州巴尔地摩的约翰·霍普金斯大学校园内。
空间天文台科学协会负责空间天文台的操作和将数据交付给天文学家。美国国家航空航天局（NASA）想将之做为内部的组织，但是科学家依据科学界的做法将之规划创立成研究单位，由NASA位在马里兰州绿堤，空间天文台科学协会南方48公里的哥达德太空飞行中心和承包厂商提供工程上的支援。哈勃望远镜每天24小时不间断的运作，由四个工作团队轮流负责操作。
空间天文台欧洲协调机构于1984年设立在德国邻近慕尼黑的Garching bei München，为欧洲的天文学家提供相似的支援。
早在1986年，就已经计划在当年10月份发射哈勃空间望远镜。但是挑战者号的事故使美国的太空计划停滞不前，航天飞机的暂停升空，迫使哈勃空间望远镜的发射延迟了数年。望远镜和所有的附件都必须分门别类的储藏在无尘室内，直到能够排出发射的日期，这也使得已经超支的总成本更为高涨。
最后，随着航天飞机在1988年再度开始升空，望远镜也预定在1990年发射。在发射前的最后准备，用氮气喷气镜面以除去可能累积的灰尘，并且对所有的系统进行广泛的测试。终于，在1990年4月24日由发现号航天飞机，于STS-31航次将望远镜成功的送入计划中的轨道。
从它原始的总预算，大约4亿美金，到现在的花费超过25亿美金，哈勃的成本依然在不断的累积与增高。美国政府估计的开销将高达45至60亿美金，欧洲所挹注的资金也高达6亿欧元（1999年的估计）。[12]
在发射时，哈勃空间望远镜携带的仪表如下：
WF/PC原先计划是光学观测使用的高分辨率照相机。由NASA的喷气推进实验室制造，附有一套由48片光学滤镜组成，可以筛选特殊的波段进行天体物理学的观察。整套仪表使用8片CCD，做出了两架照相机，每一架使用4片CCD。"广域照相机"（WFC）因为视野较广，在解像力上有所损失，而"行星照相机"（PC）以比WFC长的焦距成像，所以有较高的放大率。
GHRS是被设计在紫外线波段使用的摄谱仪，由哥达德航天中心制造，可以达到90,000的光谱分辨率[13]，同时也为FOC和FOS选择适宜观测的目标。FOC和FOS都是哈勃空间望远镜上分辨率最高的仪表。这三个仪表都舍弃了CCD，使用数码光子计数器做为检测装置。FOC是由欧洲空间局制造，FOS则由马丁·玛丽埃塔公司制造。
最后一件仪表是由威斯康辛麦迪逊大学设计制造的HSP，它用于在可见光和紫外光的波段上观测变星，和其他被筛选出的天体在亮度上的变化。它的光度计每秒钟可以侦测100,000次，精确度至少可以达到2%[14]。
哈勃空间望远镜的制导系统也可以做为科学仪表，它的三个精细导星感测器（FGS）在观测期间主要用于保持望远镜指向的准确性， 但也能用于进行非常准确的天体测量，测量的精确度达到0.0003弧秒[15]。
从它于1946年的原始构想开始，直到发射为止，建造空间天文台的计划不断的被延迟和受到预算问题的困扰。在它发射之后，立即发现主镜有球面像差，严重的降低望远镜的观测能力。幸好在1993年的维修任务之后，望远镜恢复了计划中的品质，并且成为天文学研究和推展公共关系最重要的工具。
哈勃的未来依靠后续的维修任务是否成功，维持稳定的几个陀螺仪已经损坏，至2007年，连备用的也已经耗尽，而且另一架用于指向的望远镜功能也在衰减中。陀螺仪必须要以人工进行维修，在2007年1月30日，主要的先进巡天照相机（ACS）也停止工作，在执行人工维修之前，只有超紫外线的频道能够使用。另一方面，如果没有再提升来增加轨道高度，阻力会迫使望远镜在2010年重返大气层。自从2003年哥伦比亚号航天飞机不幸事件之后，由于国际空间站和哈勃不在相同的高度上，使得宇航员在紧急状况下缺乏安全的避难场所，因而NASA认为以载人太空任务去维修哈勃望远镜是不合情理的危险任务。NASA在重新检讨之后，执行长麦克格里芬在2006年10月31日决定以亚特兰提斯号进行最后一次的哈勃维修任务，任务的时间安排在2008年9月11日，[16]基于安全上的考量，届时将会让发现号在LC-39B发射台上待命，以便在紧急情况时能提供救援。计划中的维修将能让哈勃空间望远镜持续工作至2013年。如果成功了，后继的詹姆斯·韦布空间天文台（JWST）应该已经发射升空，可以衔接得上任务了。韦布空间天文台在许多研究计划上的功能都远超过哈勃，但将只观测红外线，因此在光谱的可见光和紫外线领域内无法取代哈勃的功能。
望远镜发射数星期后，传回的图片显示光学系统存在严重问题。虽然第一张图像看起来比地基望远镜明锐，但望远镜显然未达到最佳聚焦状态，所得的最佳图像品质也远低于最初期望。点源影像被扩散成超过一弧秒半径的圆，不符设计准则中的标准：集中在直径0.1弧秒之内，有同心圆的点弥漫函数图像[17]。
对图样缺陷的分析显示，问题根源是主镜形状被磨错。镜面边缘太平，与需要的位置相差约2.2微米，而这个差别造成了严重的球面像差，来自镜面边缘的反射光不能聚集在与中央的反射光相同的焦点上。
镜子的瑕疵影响了科学观察的核心观测，核心像差的点扩散函数要求足够明锐以进行高精度分辨。这对明亮天体和光谱分析来说不受影响，尽管在外围损失大片的光因为不能汇聚在焦点上而造成晕像，严重损害了望远镜观察暗天体或高反差影像的能力。这意味着几乎所有对宇宙学的研究计划都不能执行，它们都是非常暗弱的观测对象。美国国家航空航天局和哈勃空间望远镜成为笑柄并广受批评，该项目也被认为是大白象（花费大而无用的东西）。
从点源的图像往回追溯，天文学家确定镜面的圆锥常数是−1.01324，而不是原先期望的−1.00230。[18]通过分析珀金埃尔默的零校正器（精确测量抛光曲面的仪表）和分析在地面测试镜子的干涉图影像，也获得了相同的数值。
由喷气推进实验室主任亚伦领导的委员会确定了错误原因，他们发现珀金埃尔默使用的零校正器在装配上发生错误，向场透镜位置偏差了1.3毫米[19]。
在抛光镜子期间，珀金埃尔默也使用了另外两台零校正器，两台都正确显示出镜子存在球面像差。尽管这些测试是为确实消除球面像差而设计，公司仍不顾品管文件的指导，认为这两台零校正器的精确度不如主设备，忽视了测试结果。
委员会指出失败的主因是珀金埃尔默。由于进度表频繁更动造成的损耗和望远镜制造费用的超支，造成了在美国航空暨国家航空航天局和光学公司之间的关系极度紧张。美国航空暨国家航空航天局发现珀金埃尔默并不认为镜子的制作在他们的业务中是关键性的困难工作，而美国航空暨国家航空航天局也未能在抛光之前善尽本身的职责。在委员会沉痛的批评珀金埃尔默在管理上的不当与缺失的同时，美国航空暨国家航空航天局也被非议未尽品质管理责任，且不该只依赖唯一一架仪表的测试结果。[20]
在望远镜的设计中原本就规划了维修的任务，所以天文学家立刻就开始寻找可以在1993年，预定进行第一次维修任务时解决问题的方案。让柯达再为哈勃制作备用镜，但在轨道上进行更换太昂贵且耗费时间，临时将望远镜带回地面上修理也不可能。相反，镜片错误的形状已经被精确的测量出来，因此可以设计一个有相同的球面像差，但功效相反的光学系统来抵消错误。也就是在第一次的维修任务中为哈勃配上一副能改正球面像差的眼镜。
由于原本仪表的设计方式，必须要两套不同的校正仪表。广域和行星照相机的设计包括转动的镜片和直接进入两架照相机的8片独立CCD芯片的光线，可以用一个反球面像差的镜片完全的消除掉它们表面上的主要变形。[21]修正镜被固定在替换的第二代广域和行星照相机内（由于进度和预算的压力，只修正4片CCD而不是8片）。但是，其他的仪表就缺乏任何可以安置的中间表面，因此必须要一个外加的修正装置。
设计用来改正球面像差的仪表称为“空间天文台光轴补偿校正光学”（COSTAR），基本上包含两个在光路上的镜子，其中一个将球面像差校正过来，光线被聚焦给暗天体照相机、暗天体光谱仪和高达德高解析摄谱仪。[22]为了提供COSTAR在望远镜内所需要的位置，必须移除其中一件仪表，天文学家的选择是牺牲高速光度计。
在哈勃任务的前三年期间，在光学系统被修正到合适之前，望远镜依然执行了大量的观测。光谱的观测未受到球面像差的影响，但是许多暗弱天体的观测因为望远镜的表现不佳而被取消或延后。尽管受到了挫折，乐观的天文学家在这三年内熟练的运用影像处理技术，例如反折绩（影像重叠）得到许多科学上的进展。
在设计上，哈勃空间望远镜必须定期的进行维护，但是在镜子的问题明朗化之后，第一次的维护就变得非常重要，因为宇航员必须全面性的进行望远镜光学系统安装和校正的工作。被选择执行任务的七位宇航员，接受近百种被专门设计的工具使用的密集训练。由奋进号在1993年12月的STS-61航次中，于10天之中重新安装了几件仪表和其他的设备。
最重要的是以COSTAR修正光学组件取代了高速光度计，和广域和行星照相机由第二代广域和行星照相机与内部的光学更新系统取代。另外，太阳能板和驱动的电子设备、四个用于望远镜定位的陀螺仪、二个控制盘、二个磁力计和其他的电子组件也被更换。望远镜上携带的计算机也被更新升级，由于高层稀薄的大气仍有阻力，在三年内逐渐衰减的轨道也被提高了。
1994年1月13日，美国国家航空航天局宣布任务获得完全的成功，并显示出许多新的图片 [23]。这次承担的任务非常复杂，共进行了五次航天飞机船舱外的活动，它的回响除了对美国国家航空航天局给予极高的评价外，也带给天文学家一架可以充分胜任太空任务的望远镜。
后续的维修任务没有如此的戏剧化，但每一次都给哈勃空间望远镜带来了新的能力。
第二次维护任务由发现号在1997年2月的STS-82航次中执行，以空间天文台影像摄谱仪（STIS）和近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）替换掉戈达德高解析摄谱仪（GHRS）和暗天体摄谱仪（FOS）；以一台新的固态记录器替换工程与科学纪录器，修护了绝热毯和再提升哈勃的轨道。近红外线照相机和多目标分光仪包含由固态氮做成的吸热器以减少来自仪表的热噪声。但在安装之后，部分来自吸热器的热扩散却意料之外的进入光学挡板，这额外增加的热量导致仪表的寿命由原先期望的4.5年缩短为2年。
在六台陀螺仪中的三台故障之后（第4台在任务之前几个星期故障，使望远镜不能胜任执行科学观察），第三次维护任务仍然由发现号在1999年12月的STS-103航次中执行。在这次维护中更换了全部的六台陀螺仪，也更换了一个精细导星感测器和计算机，安装一套组装好的电压/温度改善工具（VIK）以防止电池的过热，并且更换绝热的毯子。新的计算器是能在低温辐射下运作的英特尔486，可以执行一些过去必须在地面处理的与航天器有关的计算工作。
第四次维护任务由哥伦比亚号在2002年3月的STS-109航次中执行，以先进巡天照相机（ACS）替换了暗天体照相机（FOC），并且查看了冷却剂已经在1999年耗尽的近红外线照相机和多目标分光仪（NICMOS）。更换了新的冷却系统之后，虽然还不能达到原先设计时预期的低温，但已经冷到足以继续工作了。[24]
在这次任务中再度更换了太阳能板。新的太阳能板是为铱卫星发展出来的，大小只有原来的三分之二，除了可以有效的减少稀薄大气层带来的阻力，还能多供应30%的动力。这多出来的动力使得哈勃空间望远镜上所有的仪表可以同时运作，并且因为较为柔软，还消除了老旧的太阳能板因为进出阳光照射区域会产生震动的问题。为了改正继电器迟滞的问题，哈勃的配电系统也被更新了。这是哈勃空间望远镜升空之后，首度能完全的应用所获得的电力。其中影响最大的两架仪表，先进巡天照相机和近红外线照相机和多目标分光仪，在2003至2004年间共同完成了哈勃超深空视场。
哈勃SM4任务是NASA规划的最后一次哈勃维修任务，原本安排在2008年8月。计划中宇航员将更换新的电池和陀螺仪，更换精细导星感测器（FGS）并修理空间天文台影像摄谱仪（STIS）。他们也会安装二架新的仪表：宇宙起源频谱仪和第三代广域照相机，但是可能不会重置或替换先进巡天照相机。然而美国国家航空航天局于2008年9月宣布哈勃空间望远镜上的数据处理系统出现严重故障，无法正常存储观测数据并传回地球，而且哈勃太空任务高度与国际空间站距离十分远，宇航员在紧急情况下无法找到有效安全避难处，这使得维护哈勃望远镜变为一项极度危险的任务。经过美国国家航空航天局考虑后，因此原定的维修任务将推迟于2009年5月12日之后，由亚特兰提斯号航天飞机进行代号为STS-125航次任务。更会以另一艘航天飞机于发射台待命以为安全之计。而这将会是哈勃空间望远镜最后一次的维护任务，会将哈勃空间望远镜的寿命延长至2013年后。届时发射的詹姆斯·韦布空间天文台能接续哈勃空间望远镜的天文任务。但若任务失败的话，哈勃空间望远镜将于2010年坠入大气层报销。
美国东部时间2009年5月11日14点01分，美国亚特兰提斯号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。在此次太空之旅中，机上的7名宇航员通过5次太空行走对哈勃空间望远镜进行了最后一次维护，为其更换了大量设备和辅助仪器，进行了脱胎换骨的维护更新。这些更新主要包括：以新的第三代广域照相机（WFC3）取代WFPC2；安装新的宇宙起源频谱仪（COS）、取回该处的COSTAR光学矫正系统；修复损坏的先进巡天照相机（ACS）；修复损坏的空间天文台影像摄谱仪（STIS）；替换损坏的2#精细导星感测器（FGS）；更换科学仪器指令和数据处理系统（SIC&DH）；更换全部的电池模组；更换所有的6个陀螺仪和3组定位传感器（RSU）；更换对接环、安装全新的绝热毯（NBOL）、补充制冷剂等等。
美国东部时间2009年5月19日08:57，女宇航员梅甘·麦克亚特兰提斯阿瑟用“亚特兰提斯”号航天飞机上机械臂将哈勃放出货舱。这次维护不但全方位提高了哈勃望远镜的观测性能，而且可望使其服役期最少延长至2014年。美国国家航空航天局将对望远镜展开测试，计划9月公布哈勃维修后拍摄的首批照片。由于这次行动风险极高，国家航空航天局还布置“奋进”号航天飞机待命，随时准备上天“营救”。因天气原因，降落被延迟了3天并最终没有直接降落在肯尼迪中心航天飞机专用机场，但最终于2009年5月24日星期天早晨，亚特兰提斯号航天飞机安全降落在爱德华空军基地。[25]
WFC3的第一张照片已经于2009年7月24日公布，拍摄的是木星最新的撞击痕迹，最后的精细校准继续进行，到2009年10月20日，除了NICMOS外，哈勃的主力科学仪器都已经投入科学研究工作。[26]
哈勃空间望远镜在2010年4月24日度过20周年的生日。为完美的庆祝，NASA、ESA、和空间天文台机构（STScI）释出了船底座星云的影像[27]。
2021年6月13日，哈勃望远镜的有效载荷计算机发现与仪器的通信出现错误而进入安全模式，地面控制中心试图切换到备用系统但仍然未能排除故障，之后经过地面模型的排查后，发现实际是计算机的电源控制单元出现故障，经过切换备用电源控制单元后，7月16日望远镜恢复正常运作。[28][29]2021年10月23日，哈勃望远镜科学仪表再次发出错误代码，团队重设仪表后，隔天早上便恢复科学操作。同年10月25日2时38分，科学仪表再次发出错误代码，自主进入安全模式状态，为2021年的第三次。
哈勃帮助解决了一些长期困扰天文学家的问题，而且导出了新的整体理论来解释这些结果。哈勃的众多主要任务之一是要比以前更准确的测量出造父变星的距离，这可以让我们更加准确的定出哈勃常数的数值范围，这样才能对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。在哈勃升空之前，哈勃常数在统计上的误差估计是50%，但在哈勃重新测量出室女座星系团和其他遥远星系团内的造父变星距离后，提供的测量值准确率可以在10%之内。这与哈勃发射之后以其他更可靠的技术测量出来的结果是一致的。[30]
哈勃也被用来改善宇宙年龄的估计，宇宙的未来也是被质疑的问题之一。来自高红移超新星搜寻小组和超新星宇宙论计划的天文学家使用望远镜观察遥远距离外的超新星，发现宇宙的膨胀也许实际上是在加速中。这个加速已经被哈勃和其他地基望远镜的观测证实，但加速的原因目前还很难以理解。经由哈勃空间望远镜的观测资料，宇宙的年龄是137亿年。[31]
由哈勃提供的高解析光谱和影像很明确的证实了盛行的黑洞存在于星系核中的学说。在60年代初期，黑洞将在某些星系的核心被发现还只是一种假说，在80年代才鉴定出一些星系核心可能是黑洞候选者的工作，哈勃的工作却使得星系的核心是黑洞成为一种普遍和共同的认知。哈勃的计划在未来将着重于星系核心黑洞质量和星系本质的紧密关联上，哈勃对星系中黑洞的研究将在星系的发展和中心黑洞的关连上产生深刻与长远的影响。
休梅克-李维9号彗星在1994年撞击木星对天文学家是一件很意外的事，幸运的是这次撞击发生在哈勃完成第一次维护修好光学系统之后的几个月。因此，哈勃所获得的影像是自从1979年旅行者二号飞掠木星之后最为清晰的影像，并且很幸运的对估计数个世纪才会发生一次的彗星碰撞木星的动力学事件，提供了关键性的学习机会。它也被用来研究太阳系外围的天体，包括矮行星冥王星和阋神星。
实际上，对于哈勃用于地面侦查的各种传言都是很可笑的，因为美国军方真正使用的空间地面侦查技术领先哈勃的技术两代以上。如KH-11“锁眼” (KENNEN)侦查卫星，与哈勃同为洛克希德马丁制造的，制造时间也一样，其地面分辨率为15cm，远高于哈勃的26cm。其外形与哈勃相似，不了解这个领域的人有可能会把它误认为是哈勃。哈勃之所以曾经对地面运作，是因为需要校准设备。
不过，有消息称根据曝光的俄国A60机载激光武器试验机照片（Beriev A-60，苏联时期的遗存），机身徽标图案明确显示出以激光攻击哈勃空间望远镜的情景。这可能反映了俄罗斯认为哈勃望远镜对他们产生了军事威胁，或是明显的警告意味。[32]
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