勇敢的空间行走、空洞的工具和国家宇航局的补救希望都一起来援救飞行任务中发生故障的太空望远镜。

被同事们叫做埃尔维斯的新机械士卡尔 · 沃尔兹（Carl Walz）把电池动力棘爪扳手移靠在螺栓上。他轻击了一下棘爪开关，于是棘爪立即反转起来。

当你在轨道宇宙飞船上继续工作时，出人预料的事情发生了。

沃尔兹将和赖斯大学物理学家詹姆斯 · 纽曼（James Newman）分享首次空间行走的乐趣。其目的是消除在执行大赌注营救哈勃太空望远镜任务时可能出现的严重意外。

1990年把有缺点的著名初级近视镜射入太空时，发生故障的太空望远镜按预定时间收到了在本月进行11天惹人注目的航天飞机修理的请求。这次任务包括最少5~7次前所未有的计划空间行走（最高记录为3次）。宇航员将安装修理太空望远镜近视的矫正镜片；改进阻止烦扰电流控制板颤抖的太阳阵列；安装拍摄星场和卫星较佳图像的升级照相机，等等。估计其全部费用为6.3亿美元——国家宇航局说，维修费用为2.5亿美元，航天飞机飞行费用为3.8亿美元（然而专家们却说每架航天飞机的发射费用就达10亿美元）。

如果一切工作都顺利，这架价值15亿美元的太空望远镜终能达到目的：观看到宇宙的边界，帮助回答人类某些最玄妙的问题。其中包括宇宙年龄有多大？宇宙有多大？宇宙怎样演变的？

哈勃太空望远镜的成功也可能为摸索中的国家宇航局提供必要的援助，今年国家宇航局失去了发生故障的通信卫星，同时大概由于晶体管故障而失去了火星观察器。哈勃望远镜的成功也将有助于国家宇航局为反对其他计划的“重要科学”天文台预算斗争进行辩解。可是，如果这次任务出现可怕的差错，那么哈勃太空望远镜就可能变成悬挂太空、以17，000哩/时速度运行的无用而累赘的东西，直到第二次任务（已处于计划阶段中）可能完成时才会迅速地去到什么地方。

设在美国首都华盛顿的国家宇航局总部哈勃太空望远镜计划科学家爱德华 · J · 韦勒（Edward J. Weiler）承认：“不管人们是否愿意，这项计划终将载入历史教科书。这个小组有责任确定我们的子孙应读到我们是按国家耻辱还是按伟大美国人复原去做的历史。”

虽然国家宇航局独立咨询委员会把这项任务说成是“能达成”的任务，但该委员会也注意到由于工作量大、计划紧、任务复杂，所以该任务具有冒险性。

设在美国首都华盛顿的美国科学家联合会空间政策分析员约翰 · 派克（John Pike）进而说道：“这将是一个令人兴奋的电视周。”派克预示了这项任务的一些问题。他解释说，在空间“每件事总是比人们预料的困难要大得多，所花时间也要长得多。”

有效载荷指挥官兼宇航员斯托里 · 马斯格雷夫（Story Musgrave）反对说：“我们将努力工作。我认为我们能达到全部目的。”

以埃德温?哈勃（Edwin Hubble）——他于1929年发现了宇宙的膨胀——名字命名的哈勃太空望远镜是宇航员的近极限工具。尽管该望远镜在头3年内取得了一些重大的空间科学发现，但它还要继续履行其诺言。除其发生故障的主镜之外，还由于在运行轨道上望远镜从阳光处进入阴背处时太阳阵列臂的胀缩，引起望远镜每日颤抖16次。虽然在哈勃望远镜15年设计寿命期内一开始就打算给予维修，但它仅仅显示各种仪器的磨损征兆，包括给望远镜指向极为重要的6台陀螺仪中的3台已停止作用。尽管有些装置是按70年代工艺水平设计的，但迫切需要现代化。

哈勃望远镜计划始于1946年 · 当时普林斯顿市天文学家莱曼 · 施皮策（Lyman Spitzer）首先提出了美国的太空望远镜。可是在计划进行过程中，它却受到了拖延、混乱和费用超限的困扰。例如，到1981年94.5吋主镜完成时（磨光后5年），其费用已超预算300万美元，由于各种小故障和1986年“挑战者号”航天飞机失败后3年的航天飞机飞行间隙，使哈勃太空望远镜推迟到1990年4月24日才发射升空，此后几个月就发现了令人烦恼的颤抖和主镜裂缝。

帮助研制替换照相机的亚利桑那州大学天文学家J · 杰夫 · 赫斯特（J. Jeff Hester）说：“现在用哈勃太空望远镜观察物体就像透过一块毛玻璃观察物体一样。”虽然通过周密的计算机处理可以提高图像清晰度，但这还不足以完全弥补这种缺陷。

由于批评的刺激，主镜问题已在发射前的附加试验中揭露出来，以致国家宇航局不敢冒维修任务的危险。宇航员要完成从前水下训练的记录量；一些现实光学模拟也成为初次训练的组成部分。借助于哈勃望远镜传真阵列试演，似乎至少足以再创一个望远镜。例如，在马里兰州格林贝尔特市戈达德外层空间飞行中心的洁净房间里，最后一半望远镜和电子设备系统的复制品帮助进一步确定了替换仪器的适用性。实验室复制的异常主镜光束创造了矫正哈勃望远镜近视的“规则”。其他大模型则可用于宇航员的专门训练。

不是一切工作都在地面进行，在最近的三次空间行走“彩排”中，宇航员沃尔兹和纽曼（二者均非哈勃太空望远镜飞行成员）比以前空间实际训练更有水下模拟装置的经验，他们也评价了专为哈勃望远镜飞行任务制造的几种新工具，国家宇航局希望这些省时工具能增加成功的机会，例如，类似自动机械工具的棘爪允许操作人员预调转动套筒扳手造成的次数和调整转矩。限制宇航员脚步的易移动工作台也在空间进行了试验，因而他们可用手工作，用刚性系绳防止工具漂离。从这些实践活动得到的一个教训是，在零下270℉左右气温中空间行走过长时，宇航员的手可能产生本舒适的寒改进后的太空飞行服手套将为哈勃太空望远镜飞行任务作好准备。

当全部试验完成时，“奋进号”航天飞机将把几名宇航员和货物送到在地球上空380哩运行的哈勃太空望远镜。这架重127.5吨、长425呎的望远镜将首次被航天飞机的机器人手臂抓住，垂直停在机舱内；然后4名宇航员在6小时工作日的5天内轮流着手处理冗长目录中的各项任务。其主要项目有：

· 陀螺仪：更换两台陀螺仪及其电子控制装置。另一台可使用的陀螺仪将更换其发生故障的控制装置。6台陀螺仪必须有3台能使望远镜准确指向观测目标；如果在航天飞机到达前有一台以上的陀螺仪停止作用，哈勃太空望远镜就不能正常工作。

· 太阳阵列：39呎长的若干新日光控制板将使恶化望远镜模糊视力的颤抖停下来。虽然软件解决了观察时间的浪费问题，但因机械应力可能缩短现有阵列的寿命，所以仍需更换控制板。和即将更换的控制板一样，这些新控制板系由欧洲宇航局制造的，该局是这架太空望远镜的合股者，其股份占15%。欧洲宇航局设计的聚四氟乙烯和铝环可保护太阳阵列不受过分胀缩。这项任务特别重要，如果太阳阵列停止作用或受损，哈勃太空望远镜就可能失去动力。

· 啥勃望远镜的“眼镜”：和许多著名的谋略一样，这次修理也将处理镜子。更确切地说，10个上榫镜的尺寸和指甲大小差不多。这些小镜子放在价值5，000万美元、重650磅的电话间大小的箱内，该箱称为矫正光学望远镜轴向替换物（COSTAR）。为了让出空地方给COSTAR，宇航员将滑出487磅重的高速光度计——最少使用的仪器（许多测光法或空间物体光分析可以用现有仪器进行，可是一般费时较长）。安装完成时，COSTAR将用臂把矫正镜放在3种正在观察的仪器（戈达德高分辨力摄谱仪、微弱物体摄谱仪和微弱物体照相机）镜孔前，科罗拉多州博尔德市贝尔公司（Ball Corp.）的约翰 · 特罗尔茨希（John Troeltzsch）说，哈勃太空望远镜的“传统”概念相当简单。他说：“主镜宽度为1%吋（人发宽度的1/50），非常扁平。”所以“COSTAR内的镜子可用大于1%吋的曲率”来消除误差。不过COSTAR不会出现副作用。首先，一部分光（最大波长少于5%）将因外加镜而被滤去。这些镜子的放大率也微有增加，以便每张照片覆盖的天空小一些。而且这些镜子将改变图像方向，所以必须修正望远镜对准程序。

· 宽视野行星照相机II：这种下一代照相机将使结实耐用的宽视野行星照相机Ⅰ现代化，这种照相机是建立在1975年的技术基础上的。该装置包含改进的传感器和3架宽视野照相机的滤色镜，它可拍摄星场，而且作为行星照相机，它可以捕获所有卫星的表面，加州帕萨迪纳市喷气推进实验室设计制造的行星照相机拥有自己的矫正光学，不需要COSTAR。

休斯顿市约翰逊宇航中心维修任务飞行主任米尔特 · 海弗林（Milt Hefiin）说，如果宇航员不能完成这些任务中的任何一项任务，另一架航天飞机的访问将定于第一次访问后6~10个月内进行。海弗林又说：“但我们也在为成功制订计划。”如果有时间，宇航员还将设置增加计算机存储能力的新公共信息处理机舱、2台帮助控制飞行姿态的地磁仪和修理戈达德高分辨力摄谱仪故障继电器的“维修工具箱”。如果达不到这些目的，国家宇航局计划人员将要等到定于1997年进行的下次维修飞行任务才能再试一下。

飞行任务专家托马斯 · 阿克尔斯（Thomas Akers）认为，我不能在机械工作之前做超车活动，而这项任务可能是外科医生的工作。每件事都必须精细地完成他说：“这些任务没有一项是轻而易举的，但它们又是非常关键的。”

阿克尔斯又说，一开始就应帮助进行哈勃望远镜的维修设计。发射前，每平方吋望远镜拍摄了16，000张照片，而且配备了大约100个柄。据国家宇航局戈达德摄谱仪的资深科学家戴维 · S · 莱科恩（David S. Leckorne）说，即使一切都正常，也不能说哪一项任务能在13~15周内完全成功。使其完全冷却和精细调准各种仪器需要好多时间啊！莱科恩说：“我们都得有耐心。”

虽然工作很艰苦，但COSTAR的调准程序和新照相机的概念并不复杂。首先，用地面控制器调整正确焦距，然后调整COSTAR和照相机的矫正镜组合。科学家将检查这些仪器拍摄的一系列图像，然后精确调整矫正镜，以取得所需的矫正标准。莱科恩说：“第一批图像将是十分粗糙的，我们应循序渐进地工作，以便达到极佳的图像质量。”

哈勃望远镜计划科学家韦勒说，一旦完成了这些任务，哈勃望远镜就会“看”得更清楚，并能探究远34倍的宇宙，几乎达到其全部原设计能力。韦勒说：“我们将能看见微弱10倍或15倍的物体。利用改进后的哈勃望远镜，我们将能回顾100，120，140亿光年前的设想。我们将能看见一群青少年，一群学步的小孩，或许还能看见一群婴儿，直到断定宇宙物体的演变。”

除修理本身之外，某些较重要的问题也将靠这次任务的成功。首先，哈勃的故障已对望远镜15年预期寿命产生影响。为未来哈勃望远镜访问设计的下一代仪器已被推迟或缩减。拿先进的照相机来说，只不过给定于1999年进行的第三次维修任务留下一个建议而已。到那时，其他照相机将超过这种照相机的设计寿命。

正如天文学家赫斯特认为的那样，“哈勃经验”的涟漪也扩展到了其他的所谓重大科学计划。赫斯特说：“哈勃太空望远镜在许多方面的不幸失常确实被夸大了。当然这对国家宇航局天体物理学是不幸的，同时对具有广阔前景的天文学也是不幸的。当‘哈勃的某一重大事件’记入方言时，它就意味着你把事情弄得很糟，这并不是一件好事。”

哈勃太空望远镜是国家宇航局称为一系列伟大天文台当中的一个。其他两个是定于1996年发射的先进X射线天体物理学设备和定于2000年进入运行轨道的太空红外线望远镜设备。目前，两者的情况还不太清楚。据科学分析员派克推测，其资金积累至少已延续了一段较长时间。派克又说，在任何情况下，“全国天文台几乎都与制订较快、较便宜和较佳计划的（国家宇航局局长）丹 · 戈尔丁（Dan Goldin）概念是对立的。

在某些人看来，正当地基天文学革命有超过某些太空望远镜独特能力的危险时刻，哈勃太空望远镜也应为保持其重要角色而斗争。像在夏威夷莫凯娅山顶上拥有宽394吋镜的凯克望远镜这一类巨大“光斗”将使其远物体观测能力超过较小哈勃太空望远镜成为可能。同时，新成像技术可望减少大气成像畸变妨碍地基仪器的影响。

可是其他的人则断言，太空望远镜始终可以补充地面天文台。在芝加哥大学和阿德勒天文馆工作的天文学家道格 · 邓肯（Doug Duncan）说：“利用哈勃太空望远镜人们就能看见从未见过的物体，例如处于紫外线范围内的物体，这类物体大部分被地球大气层所阻隔。这好像人们透过一付只许看红色的眼镜看见自己长大似的。而且有朝一日人们会开始看见其他的颜色。像凯克这一类地基望远镜绝不可能做到这点。”

据说哈勃太空望远镜的另一个有利因素是分辨能力优于最好的地基望远镜。凯克望远镜能分辨约1弧—秒（等于组成天空360°“饼”中1°的1/3，600）的图像；哈勃太空望远镜则能达到1弧一秒的1/10一等于看出3，000哩以外单个汽车前灯的距离。

尽管哈勃太空望远镜有缺点，但它取得如此鼓舞人心的天文学发现的能力博得了许多人的赞扬。加州理工学院的詹姆斯 · 韦斯菲尔（Jomes Westphal）说：“我们已经证明人们能用太空望远镜做出惊人的事情我认为我们已向人提供了这样的证据。”

［Popular Science，1993年12月］