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天文学家埃德温·哈勃证实宇宙正在膨胀，它为大爆炸理论提供了基础。美国宇航局的哈勃太空望远镜是为纪念埃德温·哈勃而命名的。哈勃望远镜是第一个放置在太空中的核心级光学望远镜。在大气层之上，在雨云和光污染之上，哈勃望远镜可以以更纯净，更独特的角度观察宇宙。全世界天文学家几乎都在利用哈勃望远镜的数据来研究宇宙中最遥远的恒星，星系，乃至可观测宇宙。
哈勃太空望远镜的规划始于上世纪70年代，于1990年4月24日通过STS-31发现号航天飞机发射到低地轨道，哈勃望远镜是美国宇航局，欧洲宇航局乃至全人类最伟大的天文台之一。哈勃望远镜在1990年4月发射和部署，标志着自伽利略望远镜以来天文学上最重大的进步。正因为哈勃，我们对宇宙的看法和我们在宇宙中的地位从来没有改变过。
哈勃太空望远镜的长度为13.2米，发射时的质量为10886公斤，现在的重量为12247公斤，最大直径为4.2米。哈勃太空望远镜位于低地轨道，高度547公里，倾角28.5度。接下来，我们一起来看看哈勃太空望远镜的时间表：
哈勃太空望远镜的部署：1990年4月25日，第一张拍摄于1990年5月20日，拍摄的星系是NGC 3532。第一次维修升级服务（STS-61）：1993年12月，第二次维修升级服务（STS-82）：1997年2月，第三次维修升级服务(STS-103)：1999年12月，第四次维修升级服务（STS-109）：2002年2月，第五次维修升级服务（STS-125）：2009年5月。
哈勃太空望远镜的原始设备包括广域/行星照相机WF/PC、戈达德高分辨率光谱仪GHRS、微弱物体照相机FOC、微弱物体光谱仪(FOS)和高速光度计HSP。
时间过了几周，科学家们注意到从哈勃传回来的图像有点模糊。图像虽然模糊一点，但是天文学家们仍然可以研究宇宙，不过这会导致最初的任务计划无法完成。一项调查最终发现了主镜中的差值，这是由于一个测量仪器不正确，导致镜面的边缘被磨得太平了。
工程师们急忙想出解决问题的办法，以便在1993年哈勃第一次预定维修任务中及时解决这个问题。为纠正错误，美国宇航局，欧洲宇航局和天文学家制造了一套用于更换的矫正光学空间望远镜轴向设备，这是一套新的光学装置，它对像差进行补偿，使哈勃的所有仪器都能正常工作。
在宇航员返回地球后不久，哈勃太空望远镜传回的图像比之前清晰多了，美国宇航局的这项维修任务是成功的。天文学家现在可以利用一个功能齐全的太空望远镜观察宇宙，而普通民众也可以看到令人惊叹的恒星、 星系、星云和其他深空天体的照片。随后的维修任务提高了哈勃的能力，哈勃越来越成为人类观察宇宙的眼睛。
1997年2月，STS-82宇航员为哈勃太空望远镜安装了近红外摄像机和，多目标光谱仪NICMOS和空间望远镜成像光谱仪STI，以探测深空物体的红外线并拍摄天体的详细照片。1999年12月的维修任务取代了该望远镜所有六个老化的陀螺仪，这些陀螺仪可以控制哈勃太空望远镜精确地对准其目标。
STS-103宇航员还更换了望远镜的三个精密制导传感器之一，并安装了一台新计算机。之后是2002年3月哥伦比亚号宇航员为哈勃太空望远镜安装了新的高级调查成像设备ACS，它的视野比广域/行星2号成像设备更锐利，视野更宽，数据收集成像速度更快。宇航员还用更有效的阵列取代了哈勃的太阳能电池板，并对NICMOS进行了维修。
接下来我们一起来看看哈勃太空望远镜有哪些科学载荷呢？其实太空望远镜的科学载荷非常重要，它将决定望远镜能看的多远，看的越远，越清晰，就更有利于天文学家统计数据。哈勃太空望远镜有三种分析宇宙光线的仪器：成像仪、光谱仪和干涉仪。
哈勃有两个主要的成像仪，可以捕捉宇宙图像。这两个系统也被称为先进测量成像仪ACS和行星广域照相机3WFC 3，它们共同工作，在宽波长范围内提供极好的广域成像。
先进测量成像仪ACS
ACS于2002年安装在哈勃望远镜上，主要用于可见波长的宽视场图像，它也可以探测紫外线和近红外光。ACS有三个摄像头三个不同的通道，可以拍摄不同类型的图像。2007年1月的一次电子故障使两个最常用的通道无法运作。2009年， 宇航员修复了其中一个通道，恢复了成像仪捕捉高分辨率和宽视野的能力。
广域照相机3，WFC 3
WFC 3安装于2009年，提供紫外线、可见光和红外光的极宽场图像。WFC 3是为了补充ACS和扩大哈勃的成像能力而设计的。虽然ACS主要用于可见光 成像，但是WFC 3探测器可以更深入地提供红外和紫外线成像， 提供了更完整的宇宙视图。
光谱仪
光谱仪是一个可以将光线分解并观察其组成部分的观测设备，类似于棱镜如何将光分解成彩虹。任何吸收或发射光的物体都可以用光谱仪进行研究，以确定温度、密度、化学成分和速度等特性。
宇宙起源谱仪STI和空间望远镜成像光谱仪是哈勃太空望远镜的补充仪器。它们可以为天文学家提供各种天体的详细光谱数据。这两套光谱仪共同工作，为天体物理学研究提供了解析宇宙天体光谱的工具。
干涉仪
哈勃的干涉仪有两个功能，它们可以帮助望远镜保持稳定的目标，同时也是一种科学观测仪器。哈勃太空望远镜上的三个干涉仪叫做精细制导传感器，精密制导传感器可以测量恒星的相对位置和亮度。
当哈勃望远镜指向一个目标时， 三个精密制导传感器中的两个用来锁定望远镜。对于某些观测，第三种精细制导传感器可以收集一个目标的科学信息， 探测天体的角直径或恒星位置，比地面望远镜获得的精度高十倍。
精细制导传感器是非常敏感的仪器。他们寻找稳定的光点源，这个过程也称为“导星”，锁定它们以保持望远镜稳定地指向。当天空中的光线不是点源时，精细制导传感器无法锁定，因此它不会有导星的过程。
ACS先进调查摄影机
先进调查摄影机ACS是第三代成像相机。这个相机是优化的，可以进行特殊角度的成像运动，ACS在之后替换了哈勃的目标光谱仪。其波长范围从紫外延伸到可见光和近红外（115 nm~1050 nm）。ACS使哈勃望远镜的新发现潜力增加了10倍。
宇宙起源光谱仪COS
空间望远镜成像光谱仪STI是第二代成像摄谱仪。STI用于测量高分辨目标的光谱。STI具有从目标的多个不同点同时获取光谱的特殊能力。STIS仪器的质量为318 kg，波长范围为115~1000 nm。STI可以对远处星球的光进行分析，以确定天体的化学成分和丰度、 温度、径向速度、旋转速度和磁场等性质。 STI也配备了一个日冕仪，它可以阻挡明亮物体的光线，这样就可以对附近较暗的物体进行调查了。
WFC 3广域摄像机3，广域照相机3是望远镜上的主要成像仪。它有一个摄像机，可以记录可见光和紫外线UVIS，也就是200-1000 nm波长的光。它的视场、灵敏度和低探测器噪声的结合使哈勃以前的红外相机提高了15-20倍。
精细制导传感器FGS
联邦地质调查局通过锁定导航星为航天器提供指向信息。联邦地质调查局还可以通过精确测量恒星的相对位置， 探测恒星亮度的快速变化，哈勃天文台上有三个FGS。
NICMOS近红外摄像机和多目标光谱仪
NICMOS近红外摄像机和多目标光谱仪具有在近红外波段获取天文目标图像和光谱观测的能力。NICMOS目前处于不活动状态，它的大部分功能被哈勃的其他科学仪器所取代。
哈勃极深场图像由近7500张拼接而成，为我们提供了宇宙深空的面貌，其中包含了26.5万个星系，这些星系可以追溯到大爆炸后133亿年的时间里。最微弱和最远的星系仅仅是人类眼睛所能看到的亮度的百亿分之一，宇宙的演化 历史 也被记录在这张中。
哈勃太空望远镜是人类观测太空的眼睛，它的科学载荷通力合作，波长范围从紫外光视角到近红外光，范围非常广。随着时间的推移，哈勃捕捉到了星系和宇宙区域的关键特征，更为天文学家研究宇宙提供了重要数据。
哈勃太空望远镜虽然即将退役，但是在这29年来，哈勃太空望远镜已经为我们带来了太多的惊喜和期待。虽然很期待新太空望远镜詹姆斯韦伯的到来，但是哈勃太空望远镜也不会被人类遗忘，它的深空观测数据也会一直不断研究下去……
中国科学院国家天文台研究员、首次火星探测任务地面应用系统总设计师刘建军接受《中国科学报》采访时指出：“我国科学家将自主获得火星的第一手探测资料，我国的行星科学将迎来一个重要发展阶段，将为 探索 宇宙奥秘、增进对火星演化的认知等贡献中国的智慧和力量。”
六大有效载荷开展精细探测
天问一号到达火星后，获取尽可能多的科学探测数据对后续开展科学研究至关重要。
天问一号探测器由环绕器和着陆巡视器组成，着陆巡视器包括祝融号火星车及进入舱。着陆后，一切准备就绪，火星车将自主驶离着陆平台，抵达火星，开始新的征程。据报道，祝融号以3天为一个工作周期，工作内容主要包括环境感知、科学探测、数据下传等。
“为开展火星表面重点地区高精度、高分辨率的精细探测，祝融号火星车上配置了导航地形相机、多光谱相机、火星车次表层探测雷达、火星表面成分探测仪、火星表面磁场探测仪和火星气象测量仪等六类科学载荷。”刘建军介绍。
据了解，天问一号着陆的乌托邦平原南部预定区域，位于古海洋和古陆地的交界处，科学家认为这一位置具有较高科学价值，很有可能会取得意想不到的科学成果。
同时，环绕器上也配置了七类有效载荷，主要用于开展火星全球性和综合性的探测。具体包括中分辨率相机、高分辨率相机、环绕器次表层探测雷达、火星矿物光谱分析仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪等。
“通过这些科学载荷的协同工作，天问一号可开展火星形貌与地质构造特征、火星表面土壤特征与水冰分布、火星表面物质组成、火星大气电离层及表面气候与环境特征、火星物理场与内部结构等多项科学目标研究。”刘建军告诉《中国科学报》。
高质量科学数据产品将出炉
根据工程任务的要求，地面应用系统负责环绕器和火星车的科学探测计划制订，有效载荷运行管理，探测数据的接收、处理、解译和管理，组织开展科学数据的应用和研究。
为圆满完成上述任务，地面应用系统提出了有效载荷配置需求和功能指标要求，制订了科学探测计划和有效载荷运行计划，为在轨科学探测任务的开展提供支撑。
刘建军介绍，天问一号地火转移段期间，地面应用系统完成了火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪、次表层探测雷达甚低频设备等空间环境类有效载荷探测数据的接收和处理。
“进入火星停泊轨道段后，地面应用系统完成了预选着陆区探测规划及中分相机、高分相机、矿物光谱分析仪等载荷探测数据的接收和处理，制作了高精度的预选着陆区地形数据，为着陆区的尘暴情况、地形分析和地质背景研究提供了高质量的基础数据。”他说。
后续，地面应用系统将继续开展火星车遥操作科学探测规划，环绕器遥感使命段探测任务规划，完成探测数据接收、处理和发布相关的工作，生产高质量的火星探测科学数据产品，供国内外学者开展火星科学研究。
我国行星科学研究进入新征程
天问一号探测器成功着陆火星，是我国首次实现地外行星着陆，也使我国成为第二个成功着陆火星的国家。同时，我国火星探测还具有一次任务实现火星环绕、着陆和巡视的特色。
在刘建军看来，我国火星探测任务起步虽晚，但起点较高，实现了跨越发展，使我国深空探测能力从38万千米之外的月球一跃延伸到4亿千米之外的火星，成功实现了从“地月系”到“行星际”的跨越，这是我国航天事业发展的又一里程碑进展。
同时，火星探测也被视为我国月球探测的继承和发展。“2007年嫦娥一号任务成功绕月，到2020年嫦娥五号任务安全采样返回，我国探月工程成功实现了绕、落、回的目标，积累了大量的工程和科研经验。”刘建军说。
许多探月工程参与者看到，火星探测任务的实施，充分展现了探月工程多年积累的技术、人才和基础设施。对此，刘建军表示：“我们有能力也有信心向更远的深空进军。”
对于科学家而言，火星探测任务无疑将推动行星科学研究进入新征程。刘建军相信，从火星甚至更遥远的星球审视地球的过去、预判地球的未来，是全新的观察视角和研究范式，将不断取得重要发现和突破。
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