奋进号航天飞机宇航员历史性太空行走修复哈勃望远镜任务完成30周年

1163583516

1993 年执行的奋进号航天飞机任务成功修复了哈勃太空望远镜，纠正了它的视觉缺陷，标志着美国宇航局取得了一项历史性成就。这次任务证明了复杂的太空维修的可行性，并对未来的太空探索产生了持久的影响。

在"奋进号"航天飞机的货舱中，宇航员 F. Story Musgrave 正在进行最后一次太空行走，同时正在展开哈勃太空望远镜上的太阳能电池板。资料来源：美国国家航空航天局

1993 年 12 月 2 日黎明前，奋进号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，执行修复美国宇航局哈勃太空望远镜的重要任务。

哈勃望远镜的设计支持在太空中进行维修，其部件可以由宇航员滑入和滑出。但在发射之前，没有人想到第一次维修任务会如此紧急。

发射三年来，哈勃一直是深夜漫画和社论漫画中的笑料：那是一架看不清东西的望远镜。自 1990 年部署以来，这架望远镜一直向地球传回模糊的图像，这是其主镜形状缺陷造成的。虽然主镜的偏差仅为头发丝宽度的五十分之一，但这一错误却造成了毁灭性的后果：主镜发出的光线无法正确聚焦。虽然图像仍然比从地球上拍摄的要好，科学仍然有可能进行，但其质量却不尽如人意。

"当时的感觉是，每个人都把哈勃太空望远镜的保养和维修看作是能够证明美国国家航空航天局价值的任务......对这项任务的成功存在着巨大的关注和压力"。

- 理查德-科维，一号维修任务宇航员

1 号服务任务就是解决方案。航天飞机上载有宽视场行星照相机 2（WFPC2）和校正光学太空望远镜轴向更换装置（COSTAR），以及用于升级望远镜的其他关键部件。WFPC2 负责拍摄望远镜具有视觉冲击力的图像，其内置的校正光学元件可弥补镜面缺陷，并将取代哈勃发射时使用的宽视场/行星相机。COSTAR 是一个冰箱大小的部件，内含一组反射镜，有些只有美国镍币大小，目的是将光线校正并重新定向到望远镜的其他相机和摄谱仪。

宇航员凯瑟琳-桑顿（Kathryn C. Thornton）在哈勃太空望远镜维修任务 1 的第四次太空行走中握住工具，执行维修任务。资料来源：美国国家航空航天局

航天飞机上的七名宇航员意识到，他们肩上担负的不仅是哈勃的命运，还有公众对美国宇航局及其太空项目的看法。

"哈勃望远镜的倡导者、已故天体物理学家约翰-巴考尔（John Bahcall）是哈勃望远镜科学工作小组的成员之一，他在 1993 年对《纽约时报》说："如果哈勃望远镜的维修失败了，那么在可预见的未来，我们就可以放弃太空科学了。"

图片来源：NASA 戈达德太空飞行中心；主要制作人：Grace Weikert： 格蕾丝-魏克特

2023 年 12 月 2 日，美国国家航空航天局（NASA）将纪念"维修任务 1"（Servicing Mission 1）30 周年，它成功地将哈勃望远镜变成了 NASA 最伟大的胜利之一：人类在逆境中发挥聪明才智的光辉典范。

在有史以来最复杂的一次太空行走任务中，宇航员进行了五次舱外活动，总时长超过 35 小时。他们拆除了高速光度计仪器，增加了 COSTAR，并将原来的宽视场/行星相机换成了宽视场和行星相机 2。他们还安装了其他关键部件，以升级望远镜。

维修任务 1 的机组人员在航天飞机上合影。前排从左到右依次是瑞士科学家、任务专家克劳德-尼科里耶（Claude Nicollier），飞行员肯尼思-鲍尔索克斯（Kenneth D. Bowersox）和任务指挥官理查德-科维（Richard O. Covey）。后排是这次飞行的太空行走人员： F. Story Musgrave，有效载荷指挥官；Jeffrey A. Hoffman，任务专家；Kathryn D. Thornton，任务专家；Thomas D. Akers，任务专家。资料来源：美国国家航空航天局

1993 年 12 月 18 日凌晨 1 点，也就是任务结束大约一周后，天文学家们聚集在巴尔的摩太空望远镜科学研究所的电脑旁，目睹了望远镜拍摄的第一幅新图像：一颗恒星在图像中闪耀着清晰而纯净的光芒，没有了哈勃有缺陷的镜面所带来的朦胧感。新图像的差异如此之大，以至于尽管望远镜需要大约13周的调整才能达到其全部功能，美国宇航局还是提前发布了这些图像。SM1期间的哈勃首席科学家埃德-韦勒（Ed Weiler）在1994年1月的新闻发布会上说："它的修复成功以至于超出了我们的想象。""

"这张照片出现时人们脸上的表情--这是一台老式的[阴极射线]显像管型电视机。它需要一段时间才能形成，但越来越清晰，越来越清晰。每个人都开始大喊大叫"。

- Ed Weiler，SM1期间的哈勃首席科学家

螺旋星系 M100 的图像显示了哈勃的视野在宽视场/行星相机与其替代仪器宽视场和行星相机 2 之间的改进。图片来源：NASA、STScI

马里兰州参议员芭芭拉-米库尔斯基（Barbara Mikulski）曾为哈勃的发展不遗余力地奔走呼号，她在1月13日的新闻发布会上第一个向公众展示了新的图像。她说："我今天很高兴地宣布，在经历了1990年的发射和之前的一些失望之后，哈勃的麻烦已经过去了。"

尽管一号维修任务因解决了哈勃望远镜模糊的视觉问题而为人们所熟知，但它还完成了许多其他任务，帮助哈勃望远镜转变成了今天的天文强国。

参议员芭芭拉-米库尔斯基（Barbara Mikulski）在 1993 年 1 月 13 日宣布任务成功的新闻发布会上展示了一张图片，显示了在 COSTAR 安装之前拍摄的恒星图像与服务任务 1 之后拍摄的同一恒星图像之间的差异。资料来源：美国国家航空航天局

当维修任务 1 发射时，望远镜的陀螺仪--哈勃望远镜转向和定点所需的精密设备--已经出现故障。哈勃望远镜上的六个陀螺仪中有三个发生了故障。另外三个陀螺仪（通常作为备用）仍在工作，这是哈勃继续收集科学数据所需的最低数量。宇航员更换了四个陀螺仪，这一修复措施将帮助望远镜平稳运行数年。

在哈勃进入轨道的早期，美国宇航局发现，当望远镜进出阳光照射的空间时，望远镜的太阳能电池阵列会在冷热交替的空间中过度膨胀和收缩，导致它们发生振动。这迫使工程师使用哈勃的计算能力来补偿"抖动"，从而减少了观测时间。宇航员用新的太阳能电池阵列替换了哈勃的太阳能电池阵列，使自然抖动降低到可接受的水平。

宇航员们还进行了一项增强措施，其重要性在一年后变得显而易见：用协处理器和相关内存升级哈勃的飞行计算机。就在 1994 年解体的舒梅克-列维 9 号彗星与木星相撞的几周前，由于主计算机内存单元出现问题，哈勃进入了保护性的"安全模式"。工程师们利用协处理器的内存解决了问题，拍摄到了气态巨行星被彗星碎片撞击的惊人图像。

1994 年 7 月，哈勃太空望远镜准备使用其新固定的光学系统观测本世纪最令人印象深刻的天文事件之一--舒梅克-列维 9 号彗星的 21 块碎片撞击木星，但这些观测几乎没有发生。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

维修任务 1 的影响远远超出了哈勃的范围。这次任务展示了可以在太空中完成的任务，证明了人类有能力在轨道上完成高度复杂的工作。从哈勃的培训和维修工作本身中吸取的经验教训将在其他宇航员任务中得到借鉴，包括 1997-2009 年期间对哈勃的后续四次维修访问。对哈勃的这些额外任务将使安装新的尖端仪器、修理现有科学仪器和更换关键硬件成为可能，从而使哈勃保持在天体物理学探索的最前沿。

此外，从维修任务 1 中汲取的经验教训对国际空间站的工作以及尚未执行的任务具有指导意义。美国国家航空航天局太空运行任务局副局长肯尼思-鲍尔索克斯（Kenneth Bowersox）说："在那里开发的许多知识直接应用于国际空间站的建设，并将应用于我们将来在[未来的轨道月球空间站]'盖特威'所做的工作。这将适用于我们在月球和深空所做的事情，包括前往火星和更远的地方。这一切都息息相关。"

为了庆祝第一次维修任务，美国国家航空航天局将在未来两周内发布一系列视频，介绍主要参与者--宇航员、科学家、工程师等--回顾当时的斗争和胜利，以及哈勃和SM1对他们生活产生的情感和个人影响。