规划设计和准备工作

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哈伯太空望远镜的历史可以追溯至1946年天文学家莱曼·史匹哲（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）的极限将只受限于绕射，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公尺的望远镜就能达到理论上绕射的极限值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。

史匹哲以太空望远镜为事业，致力于太空望远镜的推展。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画的一部分，在1965年，史匹哲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太空望远镜。

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，做为亚利安太空计画的一部分。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公尺反射望远镜的计画，当时暂时的名称是大型轨道望远镜或大型太空望远镜（LST），预计在1979年发射。这个计画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太空梭技术，才能使前项计画成为可行的计画。[2]

资金需求

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轨道天文台计画的成功，鼓舞了越来越强的公众舆论支持大型太空望远镜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，一个规划太空望远镜的工程，另一个研究太空望远镜任务的科学目标。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。美国的国会对太空望远镜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体需求以及后续发展所需要的仪器。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太空望远镜的预算。

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太空望远镜的重要性，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公尺缩为2.4公尺，以降低成本和更有效与紧密的配置望远镜的硬体。原先计画做为先期测试，放置在卫星上的1.5公尺太空望远镜也被取消了，对预算表示关切的欧洲太空总署也成为共同合作的伙伴。欧洲太空总署同意提供经费和一些望远镜上需要的仪器，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，让大型太空望远镜开始设计，并计画在1983年发射升空。在1980年初，望远镜被命为哈伯，以纪念在20世纪初期发现宇宙膨胀的天文学家艾德温·哈伯。

设计与制造

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1979年5月，在康涅狄格州丹柏立的珀金埃尔默公司抛光中的哈伯主镜。出现在图中的是服务于该公司的工程师马丁椰林博士。

太空望远镜的计画一经批准，计画就被分割成许多子计画分送各机关执行。

马歇尔航天中心（MSFC）负责设计、发展和建造望远镜，戈达德航天中心（GSFC）负责科学仪器的整体控制和地面的任务控制中心。马歇尔航天中心委托珀金埃尔默（Perkin-Elmer）设计和制造太空望远镜的光学组件，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太空船。[3]

光学望远镜的组合安装（OTA）

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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，但是因为太空望远镜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 奈米。

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吋是厚实的玻璃。

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]

太空平台系统

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1980年，建造中的哈伯望远镜。

安置望远镜和仪器的太空船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器的支架。在外壳之内，石墨环氧的框架将校准好的工作仪器牢固的固定住。

有一段时间用于安置仪器和望远镜的太空船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，太空船的进度落后了个月，而预算超出了30%。马歇尔航天中心的报告认为洛克希德在太空船的建造上没有采取主动，而且过度依赖NASA的指导。[3]

电脑系统与资料处理

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在1999年被取代前哈勃空间望远镜的DF-224电脑。

哈伯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馀CPU跟两个冗馀的、使用二极体—电晶体逻辑（英语：diode–transistor logic）的、由西屋电气及高达德航天中心开发的NSSC-1（英语：NSSC-1）（美国太空总署标准太空载具电脑第一型）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馀，每个冗馀各有一个基于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，借由允许使用现代程式语言的作法，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，部分的科学仪器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（英语：RCA 1802）（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。这些更新使得哈伯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]

地面支持

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在1983年，太空望远镜科学协会（STScI）在经历NASA与科学界之间的权力争夺后成立。太空望远镜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。

太空望远镜科学协会负责太空望远镜的操作和将数据交付给天文学家。美国国家航空暨太空总署（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，太空望远镜科学协会南方48公里的哥达德航天中心和承包厂商提供工程上的支援。哈伯望远镜每天24小时不间断的运作，由四个工作团队轮流负责操作。

太空望远镜欧洲协调机构于1984年设立在德国邻近慕尼黑的慕尼黑附近加兴，为欧洲的天文学家提供相似的支援。

挑战者号爆炸事故

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早在1986年，就已经计划在当年10月份发射哈伯太空望远镜。但是挑战者号的事故使美国的太空计画停滞不前，太空梭的暂停升空，迫使哈伯太空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，随著太空梭在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，用氮气喷射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日由发现号太空梭，于STS-31航次将望远镜成功的送入计画中的轨道。

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，哈伯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]

仪器

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携带哈伯太空望远镜进入轨道的STS-31任务太空梭升空。

在发射时，哈伯太空望远镜携带的仪器如下：

广域和行星照相机（WF/PC）

戈达德高解析摄谱仪（GHRS）

高速光度计（HSP）

暗天体照相机（FOC）

暗天体摄谱仪（FOS）

WF/PC原先计画是光学观测使用的高解析度照相机。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[13]，同时也为FOC和FOS选择适宜观测的目标。FOC和FOS都是哈伯太空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是由欧洲太空总署制造，FOS则由马丁·玛丽埃塔公司制造。

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%[14]。

哈伯太空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]。