WF/PC原先计划是光学观测使用的高分辨率照相机。由NASA的喷射推进实验室制造，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。整套仪器使用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，由哥达德太空中心制造，可以达到90,000的光谱分辨率[7]，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器。这三个仪器都舍弃了CCD，使用数位光子计数器做为检测装置。FOC是由欧洲航天局制造， FOS 则由Martin Marietta公司制造。
最后一件仪器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%[8]。
哈勃空间望远镜的导引系统也可以做为科学仪器，它的三个精细导星传感器（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[9]。
镜片的瑕疵 在望远镜发射数星期之后，传回来的图片显示在光学系统上有严重的问题。虽然，第一张图像看起来比地基望远镜的明锐，但望远镜显然没有达到最佳的聚焦状态，获得的最佳途像品质也远低于当初的期望。点源的影像被扩散成超过一弧秒半径的圆，而不是在设计准则中的标准：集中在直径0.1 弧秒之内，有同心圆的点弥漫函数图像[10]。更详细的资料可以参考[2]以mis-图显示的PSF图表，和地基观测比较的PSF图表。
对图样缺陷的分析显示，问题的根源在主镜的形状被磨错了。虽然，这个差异小于光的1/20波长，只是在边缘太平了一点。镜面与需要的位置只差了微不足道的2微米，但这个差别造成的是灾难性的、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。
镜子的瑕疵造成的作用是在科学观察的核心观测上，核心像差的PSF要足够的明锐到足以进行高解析的分辨，但对明亮的天体和光谱分析是不受影响的。虽然，在外围损失大片的光因为不能汇聚在焦点上而造成晕像，严重的减损了望远镜观察暗天体或高反差的影像的能力。这意味著几乎所有对宇宙学的研究计划都不能执行，因为她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许多笑话的箭靶，并且被认为是大白象（花费大而无用的东西）。
问题的根源从点源的图像往回追溯，天文学家确定镜面的圆锥常数是−1.0139，而不是原先期望的− 1.00229。通过分析珀金埃尔默的零校正器（精确测量抛光曲面的仪器）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。
由喷射推进实验室主任，亚伦领导的委员会，确定了错误是如何发生的。亚伦委员会发现珀金埃尔默使用的零校正器在装配上发生了错误，它的向场透镜位置偏差了1.3 mm[11]。
在抛光镜子的期间，珀金埃尔默使用另外二架零校正器，两者都（正确的）显示镜子有球面像差。这些测试都是会确实消除球面像差而设计的，不顾品管文件的指导，公司认为这二架零校正器的精确度不如主要的设备，而忽略了测试的结果。
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太空总署和光学公司之间的关系极度的紧张。美国航空暨太空总署发现珀金埃尔默并不认为镜子的制做在他们的业务中是关键性的困难工作，而美国航空暨太空总署也未能在抛光之前善尽本身的职责。再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，美国航空暨太空总署也被非议未善尽品管的责任，与不该只依赖维一一架仪器的测试结果。[12]
解决的设计
哈勃空间望远镜拍摄的图片: 从左上角起顺时针方向、"Tadpole"星系、"锥形星云"、两个碰撞的螺旋星系，欧米加星云中新星的诞生 (版权属于NASA)
在望远镜的设计中原本就规画了维修的任务，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。以柯达为哈柏制作的备用镜，在轨道上进行更换是太昂贵和耗费时间，临时要将望远镜带回地面正修也不可能。取而代之的，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柏配上一副能改正球面像差的眼镜。
由于原本仪器的设计方式，必须要两套不同的校正仪器。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。[13]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，其他的仪器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。
COSTAR设计用来改正球面像差的仪器称为"太空望远镜光轴补偿校正光学（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。[14] 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器，天文学家的选择是牺牲高速光度计。
在哈柏任务的前三年期间，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。
维护任务和新仪器
第一次维护任务
在哈柏第一次维修任务中工作的太空人。
在第一次维修任务后哈柏的影像获得大幅改善。授权：NASA/ESA。
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，因为太空人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太空人，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器和其他的设备。
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。
在1994年的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 [15]。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，以太空望远镜影像摄谱仪（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录音机，修护了绝热毯和再提升哈柏的轨道。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器的热噪声，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器的寿命由原先期望的4.5年缩短为2年。
第三次维护任务(3A)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传感器和计算机，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太空船有关的计算工作。
第四次维护任务(3B)
在地球美丽的光影前，哈柏在航天飞机的货舱等待释出。SM3B : STS-109.
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。[16]
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器可以同时运作，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，哈柏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器，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年间共同完成了哈柏超深空视场。
最后的维护任务最后一次的哈柏维修任务已经安排在2008年9月11日，太空人将更换新的电池和陀螺仪。更换精细导星传感器（FGS）并修理太空望远镜影像摄谱仪（STIS）。他们也将安装二架新的仪器：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。
科学上的成就
重要的发现
哈柏最著名的影像之一：在老鹰星云内诞生恒星的创生柱。授权者：NASA/ESA。
哈柏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。哈柏的众多主要任务之一是要比以前更准确的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柏常数的数值范围，这样才能对宇宙的扩张速率和年龄有更正确的认知。在哈柏升空之前，哈柏常数在统计上的误差估计是50%，但在哈柏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。这与哈柏发射之后以其他更可靠的技术测量出来的结果是一致的。
哈柏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。这个加速已经被哈柏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。
由哈柏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，哈柏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。哈柏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，哈柏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，幸运的事发生在哈柏完成第一次维护修好光学系统之后的几个月。因此，哈柏所获的的影像是自从1979年航海家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厄里斯。
参考著作
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