กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล () คือ กล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรของโลกที่กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี นำส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 1990 ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไม่ได้เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวแรกของโลก แต่มันเป็นหนึ่งในเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์การศึกษาดาราศาสตร์ที่ทำให้นักดาราศาสตร์ค้นพบปรากฏการณ์สำคัญต่าง ๆ อย่างมากมาย กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเกิดขึ้นจากความร่วมมือระหว่างองค์การนาซาและองค์การอวกาศยุโรป โดยเป็นหนึ่งในโครงการหอดูดาวเอกขององค์การนาซาที่ประกอบด้วย กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กล้องรังสีแกมมาคอมป์ตัน กล้องรังสีเอกซ์จันทรา และกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์

การที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลลอยอยู่นอกชั้นบรรยากาศของโลกทำให้มันมีข้อได้เปรียบเหนือกว่ากล้องโทรทรรศน์ที่อยู่บนพื้นโลก นั่นคือภาพไม่ถูกรบกวนจากชั้นบรรยากาศ ไม่มีแสงพื้นหลังท้องฟ้า และสามารถสังเกตการณ์คลื่นอัลตราไวโอเลตได้โดยไม่ถูกรบกวนจากชั้นโอโซนบนโลก ตัวอย่างเช่น ภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิลที่ถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล คือภาพถ่ายวัตถุในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยมีมา

โครงการก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเริ่มต้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1923 กล้องฮับเบิลได้รับอนุมัติทุนสร้างในช่วงปี ค.ศ. 1970 แต่เริ่มสร้างได้ในปี ค.ศ. 1983 การสร้างกล้องฮับเบิลเป็นไปอย่างล่าช้าเนื่องด้วยปัญหาด้านงบประมาณ ปัญหาด้านเทคนิค และจากอุบัติเหตุกระสวยอวกาศแชลเลนเจอร์ กล้องได้ขึ้นสู่อวกาศในปี ค.ศ. 1990 แต่หลังจากที่มีการส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศไม่นานก็พบว่ากระจกหลักมีความคลาดทรงกลมอันเกิดจากปัญหาการควบคุมคุณภาพในการผลิต ทำให้ภาพถ่ายที่ได้สูญเสียคุณภาพไปอย่างมาก ภายหลังจากการซ่อมแซมในปี ค.ศ. 1993 กล้องก็กลับมามีคุณภาพเหมือนดังที่ตั้งใจไว้ และกลายเป็นเครื่องมือในการวิจัยที่สำคัญและเป็นเสมือนฝ่ายประชาสัมพันธ์ของวงการดาราศาสตร์

กล้องฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวเดียวที่ถูกออกแบบมาให้นักบินอวกาศสามารถเข้าไปซ่อมแซมในอวกาศได้ จนถึงวันนี้ได้จัดการภารกิจซ่อมบำรุงครบแล้วทั้งหมดห้าภารกิจ ภารกิจที่ 1 คือการซ่อมแซมปัญหาด้านภาพในปี ค.ศ. 1993 ภารกิจที่ 2 คือการติดตั้งเครื่องมือสองชิ้นใหม่ในปี ค.ศ. 1997 ภารกิจที่ 3 แบ่งเป็นสองภารกิจย่อยได้แก่ ภารกิจ 3A เป็นการซ่อมแซมเร่งด่วนในปี ค.ศ. 1999 และภารกิจ 3B เป็นการติดตั้งกล้องสำรวจขั้นสูงในเดือนมีนาคม ค.ศ. 2002 อย่างไรก็ตาม หลังจากเกิดโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศโคลัมเบียในปี ค.ศ. 2003 ภารกิจซ่อมบำรุงที่ห้าซึ่งมีกำหนดการในปี ค.ศ. 2004 ก็ถูกยกเลิกไปเพราะเรื่องความปลอดภัย นาซาเห็นว่าภารกิจที่ต้องใช้คนนั้นอันตรายเกินไป แต่ก็ได้ทบทวนเรื่องนี้อีกครั้ง และในวันที่ 31 ตุลาคม ค.ศ. 2006 ไมค์ กริฟฟิน ผู้บริหารของนาซาจึงเปิดไฟเขียวให้กับภารกิจซ่อมบำรุงฮับเบิลครั้งสุดท้ายโดยจะใช้กระสวยอวกาศแอตแลนติสขนส่งลูกเรือ ภารกิจนี้มีกำหนดการในเดือนตุลาคม ค.ศ. 2008 ทว่าในเดือนกันยายน ค.ศ. 2008 มีการตรวจพบข้อผิดพลาดบางประการกับตัวกล้อง ทำให้ต้องเลื่อนกำหนดการซ่อมบำรุงออกไปเป็นเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2009 เพื่อเตรียมการซ่อมแซมเพิ่มเติม กระสวยอวกาศแอตแลนติสนำยานซ่อมบำรุงขึ้นปฏิบัติการครั้งสุดท้ายเมื่อ 11 พฤษภาคม ค.ศ. 2009 เพื่อทำการซ่อมแซมและติตตั้งอุปกรณ์ใหม่เพิ่มเติม กล้องฮับเบิลกลับมาใช้งานได้ตามปกติอีกครั้งในเดือนกันยายน ค.ศ. 2009

การซ่อมครั้งนี้จะทำให้กล้องฮับเบิลสามารถใช้งานได้อย่างน้อยจนถึงปี ค.ศ. 2014 ซึ่งเป็นปีที่จะมีการส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์เพื่อใช้งานแทนต่อไป กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ มีความสามารถสูงกว่ากล้องฮับเบิลมาก แต่มันจะใช้สำรวจคลื่นช่วงอินฟราเรดเท่านั้น และไม่สามารถทดแทนความสามารถในการสังเกตสเปกตรัมในช่วงที่ตามองเห็นและช่วงอัลตราไวโอเลตของฮับเบิลได้

ในปี ค.ศ. 1923 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ แฮร์มัน โอแบร์ธ หนึ่งในสามบิดาแห่งวิทยาการจรวด (โอแบร์ธ, โรเบิร์ต ก็อดเดิร์ด และ คอนสแตนติน ไซคอฟสกี) ได้ตีพิมพ์รายงานชื่อ"Die Rakete zu den Planetenraume" ("จรวดไปยังดาวเคราะห์อื่น") ซึ่งกล่าวถึงการส่งกล้องโทรทรรศน์ขึ้นไปในวงโคจรของโลกโดยใช้จรวด

ประวัติศาสตร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลสามารถย้อนไปได้ตั้งแต่ ค.ศ. 1946 เมื่อนักดาราศาสตร์ชื่อ ไลแมน สปิตเซอร์ เขียนรายงานว่าด้วย "ข้อได้เปรียบของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จากนอกโลก" เขากล่าวถึงข้อได้เปรียบสองประการของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จากอวกาศซึ่งกล้องโทรทรรศน์บนโลกไม่สามารถทำได้ ข้อได้เปรียบประการแรกคือความคมชัดเชิงมุมจะถูกจำกัดโดยการเลี้ยวเบนเท่านั้น มันจะไม่ถูกรบกวนโดยชั้นบรรยากาศของโลกซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เราเห็นดวงดาวกะพริบระยิบระยับบนท้องฟ้า กล้องโทรทรรศน์ในเวลานั้นมีความคมชัดเชิงมุมอยู่ที่ 0.5–1.0 พิลิปดา ข้อได้เปรียบประการที่สองคือกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศสามารถสำรวจคลื่นอินฟราเรดและคลื่นอัลตราไวโอเลตได้ ซึ่งคลื่นสองคลื่นนี้ถูกชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับไว้อย่างมาก

สปิตเซอร์อุทิศตัวเขาให้กับการผลักดันให้มีการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศ ใน ค.ศ. 1962 สมาคมวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกาสนับสนุนให้การพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศเป็นส่วนหนึ่งของโครงการอวกาศ ค.ศ. 1965 สปิตเซอร์ได้รับแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าคณะกรรมการกำหนดวัตถุประสงค์สำหรับการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่

หลังสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุดลง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคโนโลยีจรวดที่มีอยู่ในเวลานั้นทำการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์จากอวกาศ สหราชอาณาจักรส่งกล้องโทรทรรศน์สำรวจดวงอาทิตย์ในโครงการเอเรียลขึ้นสู่วงโคจรเมื่อปี ค.ศ. 1962 องค์การนาซาส่งอุปกรณ์สังเกตการณ์ดาราศาสตร์ในวงโคจร (Orbiting Astronomical Observatory: OAO) ขึ้นในปี 1966 OAO-1 ถูกส่งขึ้นไปได้เพียงสามวันก็แบตเตอรีเสีย ทำให้ต้องหยุดโครงการนี้ จากนั้นจึงมีการส่ง OAO-2 ขึ้นไปสำรวจคลื่นอัลตราไวโอเลตของดาวฤกษ์และดาราจักรตั้งแต่ ค.ศ. 1968 ถึง ค.ศ. 1972

โครงการ OAO ได้แสดงให้เห็นว่าการสังเกตการณ์จากนอกโลกมีความสำคัญต่อวงการดาราศาสตร์เป็นอย่างยิ่ง ค.ศ. 1968 นาซาวางแผนสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศชนิดสะท้อนแสงที่มีกระจกเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 เมตร และจะส่งขึ้นสู่วงโคจรในปี ค.ศ. 1979 แผนนี้ได้เน้นย้ำความต้องการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มนุษย์สามารถขึ้นไปซ่อมบำรุงได้เพื่อให้มีการใช้งานที่ยาวนานคุ้มค่ากับราคาที่แสนแพง ขณะเดียวกัน การพัฒนากระสวยอวกาศที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในเวลานั้นก็เป็นสัญญาณบ่งบอกว่าเรื่องนี้จะเป็นสิ่งที่ทำได้ในอีกไม่ช้า

ความสำเร็จอย่างต่อเนื่องของโครงการ OAO ทำให้นักดาราศาสตร์เห็นพ้องให้การสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเป็นเป้าหมายหลักของวงการดาราศาสตร์ ในปี ค.ศ. 1970 นาซาได้ตั้งคณะกรรมการขึ้นมา 2 ชุด โดยชุดแรกทำการกำหนดรายละเอียดทางวิศวกรรมและอีกชุดหนึ่งทำการกำหนดเป้าหมายของโครงการนี้ หลังจากที่ได้มีการศึกษาเป็นที่เรียบร้อยแล้ว อุปสรรคต่อไปของนาซาก็คือการหางบประมาณซึ่งมากกว่ากล้องโทรทรรศน์ใด ๆ บนโลกเคยใช้ รัฐสภาสหรัฐตั้งคำถามมากมายเกี่ยวกับข้อเสนอโครงการและบังคับให้ตัดงบประมาณในขั้นวางแผนซึ่งประกอบด้วยการศึกษาอุปกรณ์ของกล้องโทรทรรศน์อย่างละเอียดมาก ค.ศ. 1974 ประธานาธิบดี เจอรัลด์ ฟอร์ด ดำเนินนโยบายตัดรายจ่ายสาธารณะ ส่งผลให้รัฐสภาตัดงบประมาณทั้งหมดสำหรับโครงการนี้

เพื่อตอบโต้เหตุการณ์นี้ นักดาราศาสตร์จำนวนมากต่างก็เข้าพบกับสมาชิกรัฐสภาและสมาชิกวุฒิสภาตัวต่อตัวและจัดทำโครงการชักชวนให้ประชาชนเห็นความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ สมาคมวิทยาศาสตร์แห่งชาติจัดทำรายงานเน้นย้ำถึงความสำคัญของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ท้ายที่สุด วุฒิสภาจึงเห็นชอบกับโครงการนี้โดยให้ตัดงบประมาณลงครึ่งหนึ่งจากเดิมที่ผ่านโดยรัฐสภา

ปัญหาด้านงบประมาณทำให้นาซาต้องลดขนาดของโครงการลง โดยลดขนาดกระจกจาก 3 เมตรเหลือ 2.4 เมตร เพื่อลดค่าใช้จ่ายและเพื่อให้อุปกรณ์ต่าง ๆ มีขนาดเล็กลงและประสิทธิภาพมากขึ้น ข้อเสนอที่จะสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาด 1.5 เมตรเพื่อทดสอบระบบก่อนที่จะนำไปใช้ในกล้องจริงถูกยกเลิก ปัญหาด้านงบประมาณส่งผลให้นักดาราศาสตร์ของสหรัฐฯ ชักชวนองค์การอวกาศยุโรปเข้ามาร่วมโครงการ องค์การอวกาศยุโรปเห็นชอบให้งบประมาณและสนับสนุนอุปกรณ์ต่าง ๆ พร้อมทั้งให้โซลาร์เซลล์เพื่อผลิตพลังงานให้กับกล้องโทรทรรศน์และให้เจ้าหน้าที่เข้ามาช่วยทำงานในสหรัฐฯ เพื่อตอบแทนกับการให้นักดาราศาสตร์ชาวยุโรปสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์ได้ 15% ของเวลาสังเกตการณ์ทั้งหมด ค.ศ. 1978 รัฐสภาของสหรัฐฯ จึงเห็นชอบให้งบประมาณ 36,000,000 ดอลลาร์สหรัฐ โครงการนี้จึงเริ่มต้นอย่างขยันขันแข็งและมีเป้าหมายจะส่งสู่อวกาศในปี ค.ศ. 1983 กล้องโทรทรรศน์ตั้งชื่อตาม เอ็ดวิน ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ผู้ค้นพบว่าจักรวาลกำลังขยายตัว หนึ่งในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดในศตวรรษที่ 20

หลังจากที่ได้รับไฟเขียวให้เริ่มต้นโครงการแล้ว นาซาก็แบ่งงานไปให้กับหน่วยงานต่าง ๆ มากมาย ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลได้รับมอบหมายให้ออกแบบและก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ ศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดได้รับมอบหมายให้ควบคุมอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ทั้งหมดและเป็นศูนย์ควบคุมสำหรับโครงการนี้ ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลจ้างบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ (PerkinElmer) เพื่อออกแบบและสร้างอุปกรณ์ด้านภาพกับเซ็นเซอร์นำทางอย่างละเอียดสำหรับกล้องโทรทรรศน์ และจ้างบริษัทล็อกฮีด (Lockheed) เพื่อสร้างยานอวกาศที่จะใช้ขนส่งกล้องโทรทรรศน์

กระจกและระบบด้านภาพเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล มันจะต้องถูกออกแบบมาให้ตรงกับรายละเอียดที่กำหนดไว้อย่างละเอียดมาก กล้องโทรทรรศน์โดยทั่วไปมีกระจกที่ได้รับการขัดให้ละเอียดอยู่ที่ระดับ 1 ใน 10 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น แต่เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลนั้นใช้สำหรับสังเกตการณ์คลื่นตั้งแต่คลื่นอัลตราไวโอเลตจนถึงคลื่นอินฟราเรดด้วยความคมชัดมากกว่าสิบเท่าของกล้องโทรทรรศน์ก่อนหน้านี้ มันจึงต้องถูกขัดให้ละเอียดถึงระดับ 1 ใน 65 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น หรือประมาณ 10 นาโนเมตร

บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ตั้งใจจะใช้เครื่องขัดกระจกที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อขัดกระจกให้ได้รูปร่างที่ต้องการ แต่ต่อมาพบว่าเทคโนโลยีของพวกเขามีปัญหาหลายอย่าง นาซาจึงทำสัญญากับบริษัทโกดักและบริษัทไอเทค (Itek) ให้สร้างกระจกสำรองขึ้นมาสองแผ่นโดยใช้เทคนิคการขัดกระจกแบบดั้งเดิม (ข้อเสนอนี้ยังรวมถึงการให้สองบริษัทนี้ตรวจสอบผลงานของกันและกันด้วย) ปัจจุบัน กระจกจากบริษัทโกดักตั้งแสดงอยู่ในสถาบันสมิธโซเนียน ส่วนกระจกของบริษัทไอเทคที่สร้างขึ้นสำหรับงานนี้ปัจจุบันนำไปติดตั้งใช้งานอยู่ในกล้องโทรทรรศน์ขนาด 2.4 เมตรที่หอดูดาวแมกดาลีนาริดจ์

บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์เริ่มสร้างกระจกที่จะใช้ในกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลใน ค.ศ. 1979 ด้วยแก้วที่มีอัตราการขยายตัวต่ำมาก มันประกอบด้วยแก้วที่มีความหนาหนึ่งนิ้วจำนวนสองแผ่นประกบโครงข่ายรูปรังผึ้งเพื่อลดน้ำหนักของกระจกให้น้อยที่สุด บริษัททำการขัดกระจกจนถึงเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1981 รายงานของนาซาตั้งคำถามถึงโครงสร้างการจัดการของบริษัท การขัดกระจกเลื่อนไปและเริ่มใช้เงินมากกว่างบประมาณที่ตั้งไว้ นาซายกเลิกการสร้างกระจกสำรองเพื่อประหยัดงบประมาณและเลื่อนวันส่งกล้องโทรทรรศน์ไปเป็นเดือนตุลาคม ค.ศ. 1984 กระจกก่อสร้างเสร็จเมื่อปลายปี ค.ศ. 1981 และเคลือบด้วยอะลูมิเนียมหนา 65 นาโนเมตรเพื่อสะท้อนแสงและแมกนีเซียมฟลูออไรด์หนา 25 นาโนเมตรเพื่อป้องกันผิวกระจก

อย่างไรก็ตาม มีการตั้งข้อสงสัยในความสามารถของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ เนื่องจากงบประมาณและเวลาที่ใช้สร้างอุปกรณ์ด้านภาพส่วนอื่น ๆ นั้นเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนนาซาถูกกล่าวหาว่า "เปลี่ยนแปลงกำหนดการได้ทุกวัน" นาซาเลื่อนวันส่งกล้องโทรทรรศน์ไปในเดือนเมษายน ค.ศ. 1985 แต่บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ก็ยังเลื่อนกำหนดส่งไปเรื่อย ๆ จนนาซาต้องเลื่อนวันส่งกล้องไปจนถึงเดือนมีนาคมและเดือนกันยายน ค.ศ. 1986 ในท้ายที่สุด งบประมาณที่ใช้ทั้งหมดเพิ่มขึ้นถึง 1.175 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ

การออกแบบยานอวกาศที่ใช้บรรจุกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและอุปกรณ์ต่าง ๆ ถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างหนึ่ง มันจะต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมหาศาลระหว่างช่วงที่มันได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงและช่วงที่มันอยู่ในเงามืดของโลก และจะต้องมั่นคงเพียงพอที่จะทำให้ระบบชี้ตำแหน่งกล้องโทรทรรศน์จากพื้นโลกชี้ได้แม่นยำ ฉนวนที่หุ้มห่อหลายชั้นช่วยทำให้อุณหภูมิในกล้องโทรทรรศน์คงที่และล้อมโครงอะลูมิเนียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ต่าง ๆ อยู่ภายใน ภายในโครงอะลูมิเนียมมีกรอบแกรไฟต์-อีพ็อกซีช่วยยึดส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์ให้ติดแน่น

แม้ว่าการก่อสร้างยานอวกาศที่ใช้ขนส่งกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและอุปกรณ์ต่าง ๆ จะเป็นไปอย่างราบรื่นกว่าการสร้างกระจก บริษัทล็อกฮีดก็ยังเจอกับปัญหาเงินไม่เพียงพอและต้องเลื่อนวันกำหนดส่งงาน ในช่วงฤดูร้อน ค.ศ. 1985 การก่อสร้างยานใช้เงินเกินถึง 30% ของงบประมาณที่ตั้งไว้ และต้องเลื่อนส่งงานไปสามเดือน ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลกล่าวว่าบริษัทล็อกฮีดปฏิบัติตามคำสั่งของนาซามากกว่าทำตามการตัดสินใจของตนเอง

กล้องฮับเบิลได้รับการติดตั้งอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ก่อนส่งขึ้นสู่อวกาศทั้งหมด 5 ชิ้น ได้แก่ กล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ (Wide Field and Planetary Camera) สเปกโตรกราฟความละเอียดสูงก็อดเดิร์ด (Goddard High Resolution Spectrograph) เครื่องวัดความสว่างความเร็วสูง (High Speed Photometer) กล้องถ่ายภาพวัตถุมัว (Faint Object Camera) และสเปกโตรกราฟวัตถุมัว (Faint Object Spectrograph) กล้องถ่ายภาพดาวเคราะห์และสนามกว้างเป็นกล้องหลักที่ใช้สำหรับสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ สร้างโดยห้องทดลองการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นของนาซา ประกอบด้วยตัวกรองทั้งหมด 48 ตัวเพื่อแยกเส้นสเปกตรัมต่าง ๆ ที่น่าสนใจ มันประกอบด้วยกล้องสองตัวคือ "กล้องถ่ายภาพสนามกว้าง" ใช้สำหรับถ่ายภาพมุมกว้างโดยจะได้รายละเอียดน้อยลง และ "กล้องถ่ายภาพดาวเคราะห์" ใช้สำหรับถ่ายภาพที่มีระยะโฟกัสยาวและทำให้มีกำลังขยายมากกว่า กล้องแต่ละตัวใช้เซ็นเซอร์รับภาพแบบ CCD 4 ตัว

สเปกโตรกราฟความละเอียดสูงก็อดเดิร์ดใช้สำหรับสังเกตการณ์คลื่นอัลตราไวโอเลต สร้างโดยศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด สามารถแยกสเปกตรัมได้ด้วยความละเอียดถึง 90,000 หน่วย กล้องถ่ายภาพวัตถุมัวและสเปกโตรกราฟวัตถุมัวเป็นเครื่องสำรวจคลื่นอัลตราไวโอเลตที่มีความละเอียดสูงสุดของกล้องฮับเบิล อุปกรณ์ทั้งสามนี้ใช้ชิปนับจำนวนโฟตอนแทนการใช้อุปกรณ์รับภาพ CCD กล้องถ่ายภาพวัตถุมัวสร้างโดยองค์การอวกาศยุโรป ส่วนสเปกโตรกราฟวัตถุมัวสร้างโดยบริษัท Martin Marietta

เครื่องวัดความสว่างความเร็วสูงสร้างโดยมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ใช้สำหรับสังเกตการณ์ดาวแปรแสงและวัตถุทางดาราศาสตร์ที่มีความสว่างไม่คงที่ สามารถวัดความสว่างได้ถึง 100,000 ครั้งต่อวินาที ด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 2% หรือน้อยกว่า

ระบบนำทางของกล้องฮับเบิลบางตัวยังสามารถใช้เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย เช่น เซ็นเซอร์นำทางความละเอียดสูง (Fine Guidance Sensors: FGS) ซึ่งใช้สำหรับการระบุตำแหน่งสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์ให้แม่นยำ สามารถใช้เป็นเครื่องมือวัดทางดาราศาสตร์ที่มีความเที่ยงตรงสูงมาก ด้วยความละเอียดไม่เกิน 0.0003 พิลิปดาทีเดียว

นาซาอยากให้ข้อมูลที่ได้จากกล้องฮับเบิลเป็น"ข้อมูลภายใน" แต่นักวิทยาศาสตร์ต้องการให้เผยแพร่ข้อมูลเหล่านี้เพื่อเป็นประโยชน์ทางการศึกษา ปี ค.ศ. 1983 สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (Space Telescope Science Institute: STScI) จึงถูกตั้งขึ้นมาหลังจากการถกเถียงระหว่างนาซากับสมาคมทางวิทยาศาสตร์กันยกใหญ่ สถาบันนี้ควบคุมดูแลโดยสมาคมมหาวิทยาลัยเพื่อการวิจัยด้านดาราศาสตร์ (Association of Universities for Research in Astronomy; AURA) และตั้งอยู่ในมหาวิทยาลัยจอนส์ฮอปกินส์ เมืองบัลติมอร์ ซึ่งเป็นหนึ่งในมหาวิทยาลัยของสหรัฐฯ 33 แห่งและสถาบันนานาชาติอีก 7 สถาบันที่ร่วมก่อตั้งสมาคมนี้ เพื่อทำหน้าที่ควบคุมกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและเผยแพร่ข้อมูลที่ได้ให้กับนักดาราศาสตร์ โดยมีศูนย์ประสานงานกล้องโทรทรรศน์อวกาศยุโรป (Space Telescope European Coordinating Facility: ST-ECF) ซึ่งตั้งขึ้นเมื่อ ค.ศ. 1984 ที่ การ์ชิง ไบ มึนเชน ใกล้กับเมืองมิวเชิน ทำหน้าที่เผยแพร่ข้อมูลที่ได้จากกล้องฮับเบิลให้กับนักดาราศาสตร์ชาวยุโรป

หน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่งของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ คือการจัดตารางการใช้งานกล้องโทรทรรศน์อวกาศซึ่งเป็นหนึ่งในงานที่ยุ่งยากซับซ้อนที่สุด กล้องฮับเบิลอยู่ในวงโคจรต่ำของโลกเพื่อให้กระสวยอวกาศสามารถเข้าถึงได้ในภารกิจซ่อมบำรุง ทำให้เป้าหมายทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ถูกโลกบดบังเอาไว้ประมาณครึ่งหนึ่งในแต่ละรอบโคจร การสังเกตการณ์ไม่สามารถทำได้เมื่อกล้องโคจรผ่านย่านความผิดปกติที่มหาสมุทรแอตแลนติกตอนใต้ นอกจากนี้ยังมีพื้นที่อวกาศบริเวณรอบดวงอาทิตย์ที่ไม่อาจสังเกตการณ์ได้ (ทำให้ไม่สามารถสังเกตการณ์ดาวพุธได้เลย) มุมหลบหลีกดวงอาทิตย์อยู่ที่ 50° เพื่อป้องกันแสงสะท้อนจากดวงอาทิตย์ที่มีผลต่ออุปกรณ์ถ่ายภาพ ยังมีพื้นที่นอกข่ายสังเกตการณ์โดยรอบดวงจันทร์กับรอบโลกซึ่งจะมีแสงสว่างมากเกินไปสำหรับเซ็นเซอร์นำทาง FGS (แต่ถ้าปิดเซ็นเซอร์นำทาง FGS แล้วก็อาจสังเกตการณ์โลกกับดวงจันทร์ได้)

การที่กล้องฮับเบิลโคจรอยู่ในชั้นบรรยากาศรอบนอกของโลก ทำให้วงโคจรของมันมีการเปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ ตามเวลาโดยที่ไม่สามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ เพราะการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศรอบนอกอาจเกิดขึ้นได้จากสาเหตุมากมาย เหตุนี้ตำแหน่งของกล้องฮับเบิลจึงอาจคลาดเคลื่อนไปประมาณ 4,000 กม. ในทุก ๆ 6 สัปดาห์ การสรุปตารางการสังเกตการณ์จึงสามารถทำได้เพียงไม่กี่วันล่วงหน้าเท่านั้น เพราะหากกำหนดแผนล่วงหน้านานเกินไป เป้าหมายที่ต้องการสำรวจอาจไม่อยู่ในขอบเขตการสังเกตการณ์ในช่วงเวลาที่ระบุก็ได้

สำหรับการดูแลกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลทางด้านวิศวกรรม ดำเนินการโดยองค์การนาซาและศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดซึ่งตั้งอยู่ในเมืองกรีนเบลต์ รัฐแมริแลนด์ กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกเฝ้าติดตามตลอด 24 ชั่วโมงโดยทีมบังคับการบินทั้งหมดสี่ทีม

ต้นปี ค.ศ. 1986 เหตุการณ์กระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ระเบิดทำให้โครงการอวกาศของสหรัฐฯ ต้องหยุดชะงัก กระสวยอวกาศทั้งหมดถูกยกเลิกการใช้งานชั่วคราว ทำให้กำหนดการส่งกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลต้องเลื่อนไปอีกหลายปี กล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ทั้งหมดต้องถูกเก็บในห้องสะอาดจนกว่าจะมีแผนกำหนดส่งอีกครั้ง ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายของโครงการนี้ถีบตัวสูงขึ้นไปยิ่งกว่าเดิม แต่ในขณะเดียวกัน บรรดาวิศวกรก็ถือโอกาสนี้ทำการทดสอบเพิ่มเติม เปลี่ยนแบตเตอรี่ และปรับปรุงอุปกรณ์บางส่วนให้ดียิ่งขึ้นไปด้วย

หลังจากที่มีการใช้งานกระสวยอวกาศอีกครั้งในปี ค.ศ. 1988 กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลก็มีกำหนดการส่งในปี ค.ศ. 1990 โดยจะต้องมีการล้างฝุ่นที่เกาะอยู่บนกระจกตั้งแต่สร้างเสร็จด้วยก๊าซไนโตรเจนและจะต้องถูกทดสอบให้แน่ใจว่าระบบทุกระบบยังทำงานได้เป็นปกติ ในที่สุด กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี เที่ยวบินที่ STS-31 ก็ได้นำกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลขึ้นสู่วงโคจรของโลกเมื่อวันที่ 24 เมษายน ค.ศ. 1990

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลใช้งบประมาณในการก่อสร้างทั้งหมด 2.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เพิ่มขึ้นจากเดิมที่ตั้งไว้เพียง 400 ล้านดอลลาร์สหรัฐ เมื่อรวมงบประมาณที่ใช้ในการซ่อมบำรุงจนถึงวันนี้แล้ว งบประมาณของสหรัฐฯ ที่ใช้สำหรับโครงการนี้จะอยู่ที่ประมาณ 4.5 ถึง 6 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในขณะที่งบประมาณของยุโรปอยู่ที่ 593 ล้านยูโร (สำรวจเมื่อ ค.ศ. 1999)

ไม่กี่สัปดาห์หลังการส่งกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ ภาพถ่ายที่ได้ก็เผยให้เห็นถึงปัญหาด้านภาพอย่างร้ายแรง แม้ว่าภาพถ่ายที่ได้จากกล้องฮับเบิลจะชัดกว่าภาพถ่ายจากพื้นโลก แต่มันก็ไม่คมชัดเท่าที่ตั้งใจไว้และคุณภาพของภาพก็ต่ำกว่าที่คาดหวังไว้มาก ภาพถ่ายแหล่งกำเนิดเป็นจุดมีรัศมีแผ่ออกมาเกิน 1 พิลิปดา ทั้ง ๆ ที่ตั้งใจไว้ว่าจะให้มีขนาดเล็กกว่า 0.1 พิลิปดา

การวิเคราะห์ภาพถ่ายที่ได้ทำให้ทราบสาเหตุของปัญหาว่าเกิดจากการที่กระจกหลักถูกขัดไม่ได้รูปร่างตามที่กำหนดไว้ แม้ว่ามันอาจจะเป็นกระจกที่ถูกขัดให้เที่ยงตรงที่สุดเท่าที่เคยมีมาด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 1/65 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น แต่ขอบของมันก็เรียบเกินไป รูปร่างของกระจกมีความคลาดเคลื่อนเพียง 2.3 ไมโครเมตรจากที่กำหนดไว้ แต่ความผิดพลาดเพียงเท่านั้นก็นับเป็นหายนะอันยิ่งใหญ่ ทำให้กระจกมีความคลาดทรงกลมอย่างมาก ส่งผลให้แสงที่สะท้อนจากขอบกระจกตกกระทบคนละจุดกับแสงที่สะท้อนจากกลางกระจก

ผลกระทบจากข้อบกพร่องของกระจกขึ้นอยู่กับประเภทการสำรวจ การถ่ายภาพวัตถุสว่างยังคงให้ภาพที่มีความละเอียดสูง เครื่องวัดสเปกตรัมแทบไม่ได้รับผลกระทบ แต่การถ่ายภาพวัตถุมัวหรือภาพที่ต้องการความแตกต่างระหว่างความสว่างและความมืดสูงนั้นได้รับผลกระทบเป็นอย่างมากเพราะแสงตกกระทบไม่เพียงพอเนื่องจากแสงไม่ตกลงบนจุดโฟกัส โปรแกรมการสำรวจที่ตั้งใจไว้เกือบทั้งหมดต้องล้มเหลวเพราะทั้งหมดล้วนต้องการถ่ายภาพวัตถุที่มัวเป็นพิเศษ นาซาและกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกนำมาล้อเลียนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม สามปีแรกของการส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ กล้องฮับเบิลยังคงทำการสังเกตการณ์ต่าง ๆ ออกมาเป็นจำนวนมาก การคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนได้อย่างแม่นยำทำให้นักดาราศาสตร์สามารถลดความคลาดเคลื่อนของภาพลงได้โดยใช้เทคนิคการประมวลผลภาพแบบพิเศษ

คณะกรรมการสืบสวนสาเหตุของปัญหา นำโดย ลูว์ อัลเลน ผู้อำนวยการห้องทดลองการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น พบว่าเครื่องตรวจสอบกระจก (null corrector) หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดรูปร่างกระจกถูกประกอบขึ้นอย่างผิดพลาด กล่าวคือ เลนส์อันหนึ่งของมันวางตำแหน่งเคลื่อนไป 1.3 มิลลิเมตร ระหว่างการขัดกระจก บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ได้วิเคราะห์พื้นผิวกระจกด้วยเครื่องตรวจสอบกระจกตัวอื่นอีกสองตัว และพบว่ากระจกหลักมีความคลาดเคลื่อนทรงกลม แต่ทางบริษัทได้ละเลยต่อข้อผิดพลาดนี้โดยเชื่อว่าเครื่องตรวจสอบกระจกสองตัวนี้มีความเที่ยงตรงน้อยกว่าเครื่องตรวจสอบกระจกตัวแรกที่รายงานว่ากระจกได้รับการขัดอย่างถูกต้องแล้ว

คณะกรรมการสืบสวนกล่าวว่าปัญหานี้เป็นความผิดของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ นาซาพบว่าบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ไม่ได้ถือว่ากระจกเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์และยังมั่นใจในตัวเองมากจนไม่ให้นาซาเข้ามาตรวจสอบกระบวนการการผลิต คณะกรรมการสืบสวนวิพากษ์วิจารณ์บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ในเรื่องปัญหาการจัดการอย่างรุนแรง นอกจากนี้ นาซายังถูกวิพากษ์วิจารณ์ที่ไม่ยอมแก้ไขปัญหาการควบคุมคุณภาพ เช่น การยึดถือผลการทดสอบจากอุปกรณ์เพียงอุปกรณ์เดียว

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลถูกออกแบบมาให้รับการซ่อมบำรุงในอวกาศได้ นักดาราศาสตร์จึงเริ่มหาทางแก้ไขปัญหาทันทีหลังจากพบปัญหาโดยจะนำไปแก้ไขในภารกิจซ่อมบำรุงครั้งแรกที่มีกำหนดในปี ค.ศ. 1993 แม้ว่าบริษัทโกดักและบริษัทไอเทคได้สร้างกระจกสำรองสำหรับกล้องฮับเบิลขึ้นมาแล้ว แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะนำกระจกเหล่านี้ขึ้นไปติดตั้งบนอวกาศ หรือหากจะนำกล้องโทรทรรศน์กลับมาบนโลกเพื่อมาซ่อมก็จะต้องเสียค่าใช้จ่ายจำนวนมหาศาลและเสียเวลามาก อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากระจกจะมีความคลาดเคลื่อนแต่ก็เป็นความคลาดเคลื่อนที่สามารถวัดได้อย่างละเอียด นักดาราศาสตร์จึงแก้ปัญหาด้วยการสร้างอุปกรณ์เสริมที่มีความคลาดเคลื่อนเท่ากับกระจกเดิมแต่มีทิศตรงกันข้ามขึ้นไปติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์ เปรียบเสมือนการสวม "แว่นตา" ให้กับกล้องโทรทรรศน์นั่นเอง

สิ่งแรกที่ต้องทำคือการวัดค่าความคลาดเคลื่อนของกระจกหลักอย่างละเอียด นักดาราศาสตร์พบว่าค่าคงที่เชิงกรวยของกระจกอยู่ที่ −1.01324 แทนที่จะเป็น −1.00230 ตามที่ตั้งใจไว้ การคำนวณความคลาดเคลื่อนโดยวิเคราะห์จากเครื่องตรวจกระจกของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์และจากเครื่องวัดการแทรกสอดให้ผลลัพธ์เดียวกัน

เนื่องจากเครื่องมือต่าง ๆ มีรูปแบบแตกต่างกัน การแก้ไขภาพจึงทำโดยวิธีที่ต่างกันไป กล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ 2 ถูกสร้างขึ้นเพื่อนำไปแทนกล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ตัวเดิม โดยมันจะติดตั้งกระจกสะท้อนแสงเพื่อส่งแสงไปยังอุปกรณ์รับภาพแบบ CCD แปดตัว พื้นผิวของมันถูกสร้างให้มีความคลาดเคลื่อนที่จะสามารถหักล้างความคลาดเคลื่อนของกระจกหลักได้อย่างสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ตัวอื่นไม่สามารถแก้ไขด้วยในวิธีนี้ได้ จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ภายนอกเข้ามาช่วยแก้ไขภาพ

ระบบแก้ไขภาพที่ช่วยให้แสงตกกระทบลงบน กล้องถ่ายภาพวัตถุมัว สเปกโตรกราฟวัตถุมัว และสเปกโตรกราฟความละเอียดสูงก็อดเดิร์ด นั้นเรียกว่า "เครื่องแก้ไขภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศ" (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement; COSTAR) ประกอบด้วยกระจกสองกระจก กระจกอันหนึ่งใช้สำหรับแก้ไขความคลาดทรงกลม แต่การที่จะติดตั้งอุปกรณ์นี้ได้นั้น จะต้องเอาอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อันใดอันหนึ่งทิ้งไป นักดาราศาสตร์ตัดสินใจเอาเครื่องวัดความสว่างความเร็วสูงออกไป

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลถูกออกแบบมาให้นักบินอวกาศสามารถขึ้นไปซ่อมแซมได้ แต่หลังจากมีการพบปัญหาเกี่ยวกับกระจก ภารกิจซ่อมบำรุงครั้งแรกก็มีความสำคัญกว่าที่คาดไว้มาก โดยนักบินอวกาศจะต้องทำงานหลายประเภทเพื่อแก้ไขอุปกรณ์ด้านภาพ นักบินอวกาศทั้งหมด 7 คนได้รับเลือกมาสำหรับปฏิบัติภารกิจครั้งนี้โดยจะต้องผ่านการฝึกอย่างเข้มข้นให้ใช้เครื่องมือต่าง ๆ กว่าหนึ่งร้อยอย่างให้เป็น และจะต้องเชี่ยวชาญในเครื่องมือที่จำเป็นจะต้องใช้ในภารกิจเป็นพิเศษ กระสวยอวกาศเอนเดฟเวอร์นำทีมซ่อมบำรุงขึ้นไปปฏิบัติภารกิจเมื่อเดือนธันวาคม ค.ศ. 1993 มีการติดตั้งเครื่องมือและอุปกรณ์จำนวนหลายชิ้น กินเวลาทั้งหมด 10 วัน

เครื่องวัดความสว่างความเร็วสูงถูกแทนที่ด้วยเครื่องแก้ไขภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศ กล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ถูกแทนที่ด้วยกล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ 2 ที่มีระบบแก้ไขภาพอยู่ภายในตัว นอกจากนี้ ยังมีการเปลี่ยนแผงรับแสงอาทิตย์ อุปกรณ์ขับเคลื่อน ไจโรสโคปสี่ตัว หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์สองหน่วย และเครื่องวัดความเข้มสนามแม่เหล็กสองเครื่อง คอมพิวเตอร์บนกล้องโทรทรรศน์ถูกปรับปรุงให้ดีขึ้น วงโคจรของกล้องโทรทรรศน์ก็มีการปรับให้สูงขึ้นเพื่อชดเชยกับการที่มันลอยต่ำลงมาเนื่องจากแรงลากจากชั้นบรรยากาศส่วนบน

วันที่ 13 มกราคม ค.ศ. 1994 นาซาประกาศความสำเร็จของภารกิจครั้งนี้โดยแสดงภาพที่คมชัดกว่าเดิมหลายเท่า ภารกิจซ่อมบำรุงครั้งนี้เป็นภารกิจที่ซับซ้อนมากที่สุดเท่าที่เคยมีมาเพราะนักบินอวกาศต้องปฏิบัติงานนอกตัวยานเป็นเวลานานถึง 5 ครั้ง ความสำเร็จที่ได้ถือเป็นประโยชน์ที่ยิ่งใหญ่ต่อนาซาและวงการดาราศาสตร์ ตอนนี้กล้องโทรทรรศน์สามารถใช้ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพแล้ว

ภารกิจซ่อมบำรุงครั้งถัด ๆ มาดูจะตื่นเต้นน้อยกว่า แต่มันก็ทำให้กล้องฮับเบิลมีความสามารถใหม่ ๆ เพิ่มขึ้น

ภารกิจซ่อมบำรุง 2 เดินทางด้วยกระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรีเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 1997 เป็นการติดตั้งสเปกโตรกราฟกล้องโทรทรรศน์อวกาศ และ กล้องใกล้อินฟราเรดและสเปกโตรมิเตอร์หลายวัตถุ (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer: NICMOS) เปลี่ยนอุปกรณ์สเปกโตรกราฟความละเอียดสูงก็อดเดิร์ดและสเปกโตรกราฟวัตถุมัว เปลี่ยนเครื่องบันทึกเทปเป็นเครื่องบันทึกโซลิดสเตต ซ่อมฉนวนความร้อนที่ฉีกขาด และปรับวงโคจรของกล้องฮับเบิลใหม่อีกครั้ง กล้องใกล้อินฟราเรดและสเปกโตรมิเตอร์หลายวัตถุบรรจุฮีตซิงก์ที่ทำจากไนโตรเจนแข็งเพื่อลดสัญญาณรบกวนจากความร้อน แต่ปรากฏว่าหลังจากที่ติดตั้งได้ไม่นานก็เกิดการขยายตัวจากความร้อนขึ้นเพราะฮีตซิงก์ไปแตะกับแผ่นกั้นแสง ทำให้อุณหภูมิของมันเพิ่มสูงขึ้นและลดอายุการใช้งานจาก 4.5 ปีลงเหลือ 2 ปี

ภารกิจซ่อมบำรุง 3A เดินทางด้วยกระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรีเมื่อเดือนธันวาคม ค.ศ. 1999 โดยแยกออกมาจากภารกิจซ่อมบำรุง 3 หลังจากที่ไจโรสโคปในกล้องฮับเบิล 3 ใน 6 ตัวเกิดเสียหาย (ไจโรสโคปตัวที่สี่เสียก่อนจะเริ่มภารกิจครั้งนี้เพียงไม่กี่สัปดาห์ ส่งผลให้กล้องฮับเบิลอยู่ในสภาพใช้งานไม่ได้) ภารกิจครั้งนี้เป็นการเปลี่ยนไจโรสโคปทั้ง 6 ตัว เปลี่ยนระบบเซนเซอร์นำทางอย่างละเอียดและคอมพิวเตอร์ ติดตั้งชุดปรับปรุงความต่างศักย์และอุณหภูมิเพื่อป้องกันแบตเตอรีมีกระแสไฟฟ้ามากเกินไปและเปลี่ยนฉนวนความร้อน คอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งใหม่สามารถประมวลผลงานบางอย่างได้เลย จากที่แต่เดิมจะต้องนำมาประมวลผลบนพื้นโลก

ภารกิจซ่อมบำรุง 3B เดินทางด้วยกระสวยอวกาศโคลัมเบียเมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ. 2002 เป็นการติดตั้งอุปกรณ์ใหม่ ได้แก่ กล้องสำรวจขั้นสูง แทนที่กล้องถ่ายภาพวัตถุมัว และซ่อมกล้องใกล้อินฟราเรดและสเปกโตรมิเตอร์หลายวัตถุให้ทำงานได้อีกครั้งหลังจากที่สารหล่อเย็นของมันหมดไปตั้งแต่ปี 1999 ระบบทำความเย็นที่ติดตั้งใหม่ช่วยทำให้อุณหภูมิของกล้องลดลงมาจนถึงระดับใช้งานได้อีกครั้งแม้จะไม่เท่ากับอุณหภูมิที่ตั้งใจไว้ตอนออกแบบ

นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแผงรับแสงอาทิตย์เป็นครั้งที่สอง แผงรับแสงอาทิตย์ใหม่รับแบบมาจากแผงรับแสงอาทิตย์ของดาวเทียมสื่อสารอิริเดียม มีขนาดสองในสามของแผงเดิม ทำให้มีแรงลากจากชั้นบรรยากาศส่วนบนลดน้อยลง และให้พลังงานได้มากกว่าเดิมถึง 30% ทำให้อุปกรณ์ทุกชิ้นบนกล้องฮับเบิลสามารถทำงานพร้อมกันได้ และลดปัญหาการสั่นจากแผงเก่าที่เกิดขึ้นระหว่างที่กล้องโคจรเข้าสู่ช่วงรับแสงอาทิตย์โดยตรงและออกจากช่วงรับแสงอาทิตย์ มีการเปลี่ยนหน่วยจ่ายพลังงานเพื่อแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นกับรีเลย์ ทำให้ต้องปิดระบบจ่ายพลังงานทั้งหมดเป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ขึ้นสู่อวกาศ

ภารกิจซ่อมบำรุง 4 เป็นภารกิจสุดท้ายในการปฏิบัติงานด้วยกระสวยอวกาศสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ออกเดินทางด้วยเที่ยวบิน STS-125 เมื่อเดือนพฤษภาคม 2009 แต่เดิมภารกิจนี้กำหนดแผนเอาไว้เป็นวันที่ 14 ตุลาคม ค.ศ. 2008 แต่เมื่อวันที่ 27 กันยายน ค.ศ. 2008 อุปกรณ์เก็บข้อมูลและวัดคุมทางวิทยาศาสตร์ (SI C&DH) ซึ่งเป็นตัวรวบรวมข้อมูลและส่งกลับมายังโลกเกิดการเสียหาย แม้จะมีอุปกรณ์สำรองอยู่ แต่ก็เป็นการเสี่ยงเกินไปหากอุปกรณ์สำรองเกิดการเสียหายด้วย ปฏิบัติการของกล้องฮับเบิลก็จะเป็นอันจบสิ้น ดังนั้นในวันที่ 29 กันยายน ค.ศ. 2008 นาซาจึงประกาศเลื่อนภารกิจซ่อมบำรุง 4 ออกไปเป็นปี ค.ศ. 2009 เพื่อรวมภารกิจเปลี่ยนอุปกรณ์นี้ใหม่ด้วย ภารกิจซ่อมบำรุง 4 ชุดใหม่ที่รวมการติดตั้งอุปกรณ์เก็บข้อมูลและวัดคุมทางวิทยาศาสตร์ชุดใหม่ด้วย จึงได้ออกเดินทางเมื่อ 11 พฤษภาคม ค.ศ. 2009

นักบินอวกาศออกปฏิบัติการในอวกาศนอกยานรวม 5 ครั้ง เพื่อติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมใหม่ 2 ชุด คือ กล้องถ่ายภาพสนามกว้าง 3 (WFC3) และ สเปกโตรกราฟต้นกำเนิดจักรวาล (COS) อุปกรณ์ WFC3 ช่วยเพิ่มความสามารถในการสังเกตการณ์ของกล้องฮับเบิลในช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลตและคลื่นที่ตามองเห็นให้เพิ่มขึ้นอีก 35 เท่าด้วยมุมมองของภาพที่กว้างขึ้นและความละเอียดของภาพที่สูงยิ่งขึ้น อุปกรณ์ COS นำไปติดตั้งแทนที่เครื่องแก้ไขภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (COSTAR) ที่เคยนำขึ้นไปติดตั้งตั้งแต่ ค.ศ. 1993 เพื่อแก้ปัญหาความคลาดทรงกลมของกล้อง (เนื่องจากอุปกรณ์ใหม่ 2 ชุดที่ติดตั้งนี้ได้ปรับแก้ปัญหานี้ไปในตัว จึงไม่จำเป็นต้องใช้ COSTAR อีก) โดยจะใช้ COS ในการเฝ้าสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลตร่วมกับการตรวจวัดของสเปกโตรกราฟกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STIS) ซึงได้รับการปรับปรุงแก้ไขในภารกิจซ่อมบำรุงคราวนี้พร้อมกับกล้องสำรวจขั้นสูง (ACS) นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนอุปกรณ์อีกหลายชิ้น เช่น Rate Sensor Unit ทั้งสามตัว เปลี่ยนเซ็นเซอร์นำทางความละเอียดสูงไป 1 ตัว เปลี่ยน SI C&DH unit เปลี่ยนฉนวนกันความร้อนชั้นนอกใหม่ทั้งหมด 3 ชิ้น และเปลี่ยนแบตเตอรี่นิเกิล-ไฮโดรเจนที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่กล้องฮับเบิลในช่วงเวลากลางคืนหมดทั้ง 6 ชุด แบตเตอรี่นี้ใช้งานมามากกว่าอายุใช้งานตามการออกแบบถึง 13 ปีแล้วและยังไม่เคยเปลี่ยนเลย หลังจากทำการทดสอบและปรับแต่งค่าแล้ว กล้องฮับเบิลก็กลับสู่การทำงานตามปกติในเดือนกันยายน ค.ศ. 2009 การปรับปรุงซ่อมแซมทั้งหมดนี้เพื่อหวังให้กล้องฮับเบิลสามารถใช้งานต่อไปได้เต็มประสิทธิภาพอย่างน้อยจนถึงปี ค.ศ. 2014 หรือนานกว่านั้น

มีการวางแผนแต่เดิมไว้ว่าจะนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลกลับสู่โลกด้วยกระสวยอวกาศ แต่เนื่องจากการปลดระวางยานกระสวยอวกาศทั้งหมดเมื่อไม่นานมานี้ทำให้แผนการนี้ไม่อาจดำเนินได้อีกต่อไป วิศวกรของนาซ่าได้พัฒนาระบบ Soft Capture and Rendezvous System (SCRS) ซึ่งเป็นอุปกรณ์รูปร่างคล้ายวงแหวนสำหรับเข้าเทียบลำกล้องของกล้องฮับเบิลในอนาคต เพื่อเข้าจับและนำกล้องไปทิ้งโดยปฏิบัติการที่อาจใช้หุ่นยนต์หรือใช้คนควบคุมก็ได้ กระสวยอวกาศแอตแลนติสได้ปล่อยกล้องฮับเบิลกลับเข้าสู่วงโคจรแล้ว ภารกิจในอันดับต่อไปคือการนำกล้องออกจากวงโคจรหลังจากสิ้นสุดอายุการใช้งาน

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ไขปัญหาดาราศาสตร์ต่าง ๆ ที่เป็นที่สงสัยมายาวนาน พร้อมทั้งเผยให้เห็นปรากฏการณ์ใหม่ ๆ ที่จำเป็นต้องสร้างทฤษฎีใหม่ขึ้นมาอธิบาย หนึ่งในภารกิจที่สำคัญคือการวัดระยะทางดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิดให้ละเอียดมากขึ้นเพื่อจะได้วัดค่าคงที่ฮับเบิลอันเป็นค่าแสดงอัตราเร็วในการขยายตัวของจักรวาลที่สัมพันธ์กับอายุของจักรวาล ก่อนหน้านี้ ค่าคงที่ฮับเบิลที่วัดได้มีความคลาดเคลื่อนมากถึง 50% แต่หลังจากที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลวัดระยะทางดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิดในกระจุกดาราจักรหญิงสาวและกระจุกดาวอื่น ๆ แล้ว ค่าคงที่ฮับเบิลที่วัดได้ใหม่มีคลาดเคลื่อนไม่เกิน 10% ซึ่งสอดคล้องกับเครื่องมือวัดอื่น ๆ ที่วัดได้ละเอียดกว่าที่สร้างขึ้นหลังจากส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ

ขณะที่กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทราบอายุที่แท้จริงของจักรวาล มันยังได้สร้างข้อสงสัยเกี่ยวกับทฤษฎีเกี่ยวกับอนาคตอีกด้วย นักดาราศาสตร์จากกลุ่มค้นหาซูเปอร์โนวาอัตราเร็วสูง (High-z Supernova Search Team) และจากโครงการจักรวาลวิทยาซูเปอร์โนวาใช้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลสำรวจซูเปอร์โนวาที่อยู่ไกลโพ้น และค้นพบว่าจักรวาลกำลังขยายตัวด้วยความเร่งมากกว่าจะถูกหน่วงไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวมันเอง การค้นพบนี้สอดคล้องกับการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์จากพื้นโลกและอวกาศที่มีความละเอียดสูงกว่าในเวลาต่อมา แต่สาเหตุของความเร่งนั้นยังไม่มีใครเข้าใจ

ในคริสต์ทศวรรษ 1960 มีการตั้งสมมติฐานว่าหลุมดำอาจอยู่ตรงกลางของดาราจักรบางแห่ง และในคริสต์ทศวรรษ 1980 มีการค้นพบวัตถุที่อาจเป็นหลุมดำจำนวนหนึ่ง ภาพถ่ายความละเอียดสูงจากกล้องฮับเบิลแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะมีหลุมดำอยู่ตรงกลางของทุกดาราจักรจริง ๆ กล้องฮับเบิลยังทำให้เห็นอีกว่ามวลของหลุมดำมีความสัมพันธ์กับคุณลักษณะของดาราจักรอย่างใกล้ชิด ผลงานของกล้องฮับเบิลช่วยทำให้เรามีความเข้าใจในเรื่องของดาราจักรและหลุมดำอย่างลึกซึ้งมากยิ่งขึ้น

เหตุการณ์ดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 ชนดาวพฤหัสบดีใน ค.ศ. 1994 เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายหลังภารกิจซ่อมบำรุงกล้องฮับเบิลครั้งที่ 1 เพียงไม่กี่เดือน ภาพถ่ายดาวพฤหัสบดีจากกล้องฮับเบิลเป็นภาพถ่ายดาวพฤหัสบดีที่คมชัดที่สุดนับตั้งแต่ยานวอยเอเจอร์ 2 ถ่ายภาพดาวพฤหัสบดีใน ค.ศ. 1979 และเป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาการชนระหว่างดาวหางกับดาวพฤหัสบดีซึ่งเชื่อกันว่าเกิดขึ้นทุก ๆ ไม่กี่ศตวรรษ นอกจากนี้มันยังใช้ศึกษาวัตถุที่อยู่นอกระบบสุริยะ รวมถึงดาวเคราะห์แคระพลูโตและอีริส

การค้นพบที่สำคัญอื่น ๆ ได้แก่ การค้นพบกลุ่มก๊าซที่รวมตัวกันเป็นรูปจานที่กำลังจะกลายเป็นดาวเคราะห์ ในเนบิวลานายพราน การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ และการค้นพบปรากฏการณ์คล้ายแสงวาบรังสีแกมมา ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ภาพอวกาศห้วงลึกของฮับเบิลและภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิล เป็นภาพถ่ายท้องฟ้าที่ตามองเห็นที่ลึกที่สุดเท่าที่อุปกรณ์ใด ๆ จะถ่ายได้ ภาพนี้เปิดเผยให้เห็นดาราจักรที่อยู่ไกลหลายพันล้านปีแสงและทำให้เกิดรายงานทางวิทยาศาสตร์อีกจำนวนมาก เปรียบดังหน้าต่างบานใหม่ที่นำพาเราไปสู่เอกภพยุคเริ่มต้น

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมีผลดีต่อวงการดาราศาสตร์เป็นอย่างมาก บทความวิชาการมากกว่า 4,000 บทความที่ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลได้รับการตีพิมพ์ในวารสารที่มีความน่าเชื่อถือสูง ทั้งยังมีบทความจำนวนมากที่ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลได้เผยแพร่ในการประชุมวิชาการหลายแห่ง เมื่อพิจารณาบทความหลังจากที่ถูกตีพิมพ์ไประยะหนึ่ง พบว่ามีบทความวิชาการทางดาราศาสตร์ไม่ได้รับการอ้างถึงประมาณหนึ่งในสามของทั้งหมด แต่บทความที่ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลไม่ได้ถูกอ้างอิงต่อเพียง 2% เท่านั้น โดยเฉลี่ยแล้ว บทความที่ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลจะได้รับการอ้างอิงถึงมากกว่าบทความที่ไม่ได้ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลถึง 2 เท่า และในจำนวนบทความกว่า 200 บทความที่ได้รับการอ้างอิงมากที่สุดในแต่ละปี ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลประมาณ 10%

แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้สร้างผลดีต่อการวิจัยทางดาราศาสตร์อย่างมากจนเป็นที่ประจักษ์ แต่งบประมาณที่มันใช้ก็มากด้วยเช่นกัน จากการศึกษาพบว่าบทความที่ใช้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลมีจำนวนเป็น 15 เท่าของบทความที่ใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ขนาด 4 เมตรที่อยู่บนพื้นโลก (เช่น กล้องโทรทรรศน์วิลเลียม เฮอร์เชล) แต่งบประมาณที่ใช้ในการสร้างและซ่อมบำรุงกล้องฮับเบิลกลับมากกว่าถึง 100 เท่า

การตัดสินใจระหว่างการสร้างกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกหรือการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศยังคงเป็นเรื่องที่ซับซ้อน ความก้าวหน้าของวิชาทัศนศาสตร์ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกที่สามารถถ่ายคลื่นอินฟราเรดด้วยความละเอียดสูงได้ แต่การใช้เทคนิคทางทัศนศาสตร์ก็มีข้อดีที่แตกต่างกับการใช้กล้องฮับเบิล แม้ว่าการใช้เทคนิคทางทัศนศาสตร์จะช่วยให้ได้ภาพคุณภาพสูง แต่มันก็ไม่สามารถถ่ายภาพมุมกว้างได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในคลื่นที่ตามองเห็น กล้องฮับเบิลยังคงมีข้อได้เปรียบในการถ่ายภาพมุมกว้างด้วยความละเอียดสูง แม้แต่ก่อนที่จะมีการส่งกล้องฮับเบิลขึ้นสู่วงโคจร การถ่ายภาพด้วยเทคนิคจุดด่าง (speckle imaging) ก็สามารถให้ภาพวัตถุสว่างที่มีความละเอียดสูงกว่าภาพจากกล้องฮับเบิลอีก การตัดสินใจใช้ภาพจากวิธีใดจึงขึ้นอยู่กับรายละเอียดของการวิจัยเป็นหลัก

ใคร ๆ ก็สามารถยื่นคำขอใช้กล้องได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเชื้อชาติหรือสถาบัน มีการแย่งกันใช้กล้องสูงมาก สัดส่วนของเวลาที่ขอเข้ามาต่อเวลาที่ให้ใช้ได้อยู่ที่ประมาณ 6 ถึง 9 ต่อ 1

ทุก ๆ ปีจะมีการเปิดให้ยื่นคำขอใช้กล้อง คำขอจะถูกแบ่งเป็นหลายประเภท ส่วนใหญ่จะอยู่ในประเภท "การสังเกตการณ์ทั่วไป" ซึ่งเป็นการสังเกตการณ์ตามปกติ คำขอประเภท "การสังเกตการณ์แบบรวดเร็ว" คือคำขอที่ขอใช้กล้องไม่เกิน 45 นาทีหรือน้อยกว่า การสังเกตการณ์แบบรวดเร็วใช้สำหรับตอนที่กล้องยังว่างอยู่ระหว่างการสังเกตการณ์ทั่วไป

นักดาราศาสตร์อาจยื่นคำขอ "เป้าหมายของโอกาส" (Target of Opportunity) โดยจะได้เวลาสำรวจหากมีเหตุการณ์ที่ขอไว้เกิดขึ้นระหว่างเวลาที่กำหนด 10% ของเวลาใช้กล้องทั้งหมดถูกแบ่งให้กับผู้อำนวยการสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เรียกว่า "เวลาส่วนตัวของผู้อำนวยการ" (Director's Discretionary Time หรือ DD Time) นักดาราศาสตร์สามารถสมัครขอใช้เวลานี้ได้ตลอดปี โดยปกติมักจะมีการมอบเวลานี้ให้กับการศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงสั้น ๆ เช่น ซูเปอร์โนวา

การกำหนดเวลาสังเกตการณ์ไม่ใช่เรื่องง่าย กล้องฮับเบิลโคจรอยู่ในวงโคจรต่ำของโลกเพื่อที่จะได้รับการซ่อมบำรุงจากกระสวยอวกาศได้โดยง่าย แต่นั่นก็หมายความว่าเป้าหมายทางดาราศาสตร์จำนวนมากจะถูกบดบังโดยโลกเป็นเวลาเกือบครึ่งรอบการโคจร การสำรวจไม่สามารถทำได้ขณะที่กล้องอยู่ในพื้นที่ความผิดปกติที่มหาสมุทรแอตแลนติกตอนใต้ เนื่องจากได้รับรังสีมากเกินไป

เนื่องจากกล้องฮับเบิลลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศส่วนบน เราจึงไม่สามารถคำนวณตำแหน่งของมันได้อย่างแม่นยำเพราะความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศส่วนบนนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง การคำนวณตำแหน่งของกล้องฮับเบิลไว้ล่วงหน้าถึง 6 สัปดาห์อาจผิดพลาดได้ถึง 4,000 กิโลเมตร ดังนั้น นักดาราศาสตร์จึงมักจะส่งคำขอการใช้งานไม่กี่วันก่อนวันใช้ เพราะการขอล่วงหน้าไว้นานเกินอาจทำให้เมื่อถึงเวลาได้ใช้แล้วกล้องอาจจะไม่อยู่ในตำแหน่งที่คำนวณไว้

ริกคาร์โด จิอักโคนี (Riccardo Giacconi) ผู้อำนวยการคนแรกของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ประกาศในปี ค.ศ. 1986 ว่าเขาต้องการมอบ "เวลาส่วนตัวของผู้อำนวยการ" ของเขาให้กับนักดาราศาสตร์สมัครเล่น โดยเขาจะมอบเวลาให้กับการวิจัยที่ไม่ซ้ำกับนักดาราศาสตร์มืออาชีพ และการวิจัยนั้นจำเป็นที่จะต้องใช้ความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจริง ๆ ผลก็คือมีนักดาราศาสตร์สมัครเล่นทั้งหมด 13 คนได้ใช้กล้องฮับเบิลโดยทำการสังเกตการณ์ระหว่างปี ค.ศ. 1990 และปี ค.ศ. 1997 แต่หลังจากนั้น การตัดงบประมาณของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศก็ทำให้ไม่มีนักดาราศาสตร์สมัครเล่นคนไหนได้ใช้กล้องอีกเลย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลฉลองอายุครบ 20 ปีเมื่อวันที่ 22 เมษายน ค.ศ. 2010 ในโอกาสนี้ NASA, ESA, และสถาบันกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STScI) ร่วมเฉลิมฉลองโดยการเผยแพร่ภาพของเนบิวลากระดูกงูเรือ

เมื่อก่อน กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเก็บข้อมูลไว้บนยานโดยใช้เครื่องบันทึกเทป ต่อมาได้มีการเปลี่ยนเป็นเครื่องบันทึกข้อมูลแบบโซลิดสเตตระหว่างภารกิจซ่อมบำรุงที่ 2 และ 3A ข้อมูลจากยานจะถูกส่งมายังโลกผ่านระบบดาวเทียมติดตามและถ่ายทอดข้อมูล (Tracking and Data Relay Satellite System) ซึ่งเป็นระบบที่ออกแบบให้ดาวเทียมที่อยู่ในวงโคจรระดับต่ำของโลกสามารถติดต่อสื่อสารกับศูนย์ควบคุมได้ถึง 85% ของการโคจร ข้อมูลจะถูกส่งมาที่ศูนย์ควบคุมระบบดาวเทียมติดตามและถ่ายทอดข้อมูล และจะถูกส่งต่อไปยังศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด จากนั้นจะถูกส่งไปยังสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อเก็บเข้าคลังข้อมูลในท้ายที่สุด

ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลทั้งหมดจะถูกเรียกดูได้ผ่านทางคลังข้อมูลของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ โดยทั่วไป ข้อมูลจะมีกรรมสิทธิ์เป็นเวลาหนึ่งปีโดยผู้ที่สามารถใช้ข้อมูลในช่วงนี้ได้ได้แก่ผู้ตรวจระดับสูงและนักดาราศาสตร์ที่ได้รับอนุญาต ผู้ตรวจระดับสูงสามารถส่งคำขอไปยังผู้อำนวยการสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศให้ขยายหรือลดเวลากรรมสิทธิ์ได้ในบางสถานการณ์

ข้อมูลที่ได้จาก "เวลาส่วนตัวของผู้อำนวยการ" จะไม่มีกรรมสิทธิ์และจะถูกเผยแพร่สู่สาธารณะทันที ข้อมูลทั้งหมดในคลังข้อมูลจะถูกเก็บในรูปแบบ FITS ซึ่งเป็นรูปแบบที่เหมาะสมกับการวิเคราะห์เชิงดาราศาสตร์แต่ไม่เหมาะกับการใช้งานทั่วไป โครงการมรดกฮับเบิล (Hubble Heritage Project) จะทำการเลือกภาพที่สวยงามและโดดเด่นเพื่อเผยแพร่สู่สาธารณะในรูปแบบ JPEG และ TIFF

ข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่ได้จากอุปกรณ์รับภาพแบบ CCD จะต้องผ่านกระบวนการปรับแต่งหลายขั้นตอนก่อนที่จะนำไปใช้ในงานวิเคราะห์ทางดาราศาสตร์ได้ สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศได้พัฒนาซอฟต์แวร์ที่ช่วยปรับแต่งรูปโดยอัตโนมัติเมื่อมีคำร้องขอโดยใช้ไฟล์สอบเทียบที่ดีที่สุด ข้อมูลที่มีขนาดใหญ่อาจต้องใช้เวลาถึงหนึ่งวันหรือมากกว่านั้นเพื่อประมวลผล กระบวนการนี้มีชื่อเรียกโดยเฉพาะว่า 'pipeline reduction' นักดาราศาสตร์อาจเรียกเอาไฟล์ช่วยปรับแต่งไปทำการประมวลผลภาพด้วยตนเองก็ได้ ซึ่งจะช่วยอำนวยความสะดวกในกรณีที่ต้องการใช้ไฟล์ปรับแต่งอื่น ๆ นอกเหนือไปจากไฟล์ที่ทำการปรับแต่งให้โดยอัตโนมัติ

ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลสามารถนำไปวิเคราะห์ได้หลายวิธี สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศได้พัฒนาซอฟต์แวร์วิเคราะห์ข้อมูลซึ่งประกอบด้วยโปรแกรมที่ใช้ในการประมวลผลภาพทางดาราศาสตร์จากไฟล์ข้อมูลดิบ ตลอดถึงเครื่องมือช่วยประมวลผลภาพทางดาราศาสตร์หลาย ๆ ชนิดที่สามารถดัดแปลงตามความต้องการเพื่อใช้กับข้อมูลจากกล้องฮับเบิลได้ ซอฟต์แวร์นี้สามารถทำงานเป็นโมดูลหนึ่งในซอฟต์แวร์ IRAF ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์ประมวลผลที่เป็นที่นิยมในหมู่นักดาราศาสตร์ได้

การพยายามดึงดูดความสนใจและจินตนาการจากประชาชนถือเป็นงานสำคัญอย่างหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เพราะมันใช้เงินภาษีจากประชาชนไปไม่น้อยในการก่อสร้างและค่าบำรุงรักษา หลังจากความยากลำบากในช่วงเริ่มแรกของโครงการที่ต้องประสบความผิดพลาดหลายประการจากเลนส์ด้อยคุณภาพ กล้องฮับเบิลสูญเสียความน่าเชื่อถือไปมาก จนกระทั่งภารกิจซ่อมบำรุงครั้งแรกช่วยทำให้กล้องฮับเบิลสามารถบันทึกภาพห้วงอวกาศอันน่าจับใจและสามารถกู้ชื่อเสียงกลับคืนมาได้

มีโครงการประชาสัมพันธ์มากมายที่คอยแจ้งผลงานของกล้องฮับเบิลต่อสาธารณชน โครงการมรดกฮับเบิลเป็นโครงการที่ช่วยสร้างรูปถ่ายคุณภาพสูงเพื่อให้สาธารณชนได้เห็นวัตถุท้องฟ้าที่แปลกประหลาดและน่าสนใจ ทีมงานในโครงการประกอบด้วยทั้งนักดาราศาสตร์อาชีพและสมัครเล่น รวมถึงประชาชนทั่วไปที่ไม่มีพื้นฐานด้านดาราศาสตร์มาก่อน แต่ประทับใจกับความสวยงามของภาพจากกล้องฮับเบิล โครงการมรดกฮับเบิลได้รับอนุญาตให้ใช้เวลาส่วนหนึ่งในการสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าซึ่งอาจไม่สามารถถ่ายภาพในช่วงคลื่นแสงที่จำเป็นสำหรับสร้างภาพแบบเต็มรูปได้ด้วยเหตุผลทางวิทยาศาสตร์บางประการ

นอกจากนี้ สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศยังได้ดำเนินการเว็บไซต์หลายแห่ง เพื่อเผยแพร่ภาพจากกล้องฮับเบิลต่อสาธารณะและชี้แจงข้อมูลต่าง ๆ ในการสำรวจทางดาราศาสตร์ สถาบันให้ความร่วมมือกับหน่วยงานสื่อสารสาธารณะเมื่อปี ค.ศ. 2000 เพื่อประชาสัมพันธ์ให้ผู้เสียภาษีชาวอเมริกันได้รับรู้ว่า ประโยชน์ที่ได้รับจากการลงทุนในโครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศนั้นสัมฤทธิ์ผลเพียงไร

กิจกรรมเกี่ยวกับกล้องฮับเบิลในยุโรปเริ่มดำเนินการตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 โดย Hubble European Space Agency Information Centre (HEIC) ซึ่งมีสำนักงานอยู่ที่แห่งเดียวกันกับศูนย์ประสานงานกล้องโทรทรรศน์อวกาศยุโรปที่เมืองมิวนิก ประเทศเยอรมัน มีเป้าหมายจะช่วยส่งเสริมการประชาสัมพันธ์และให้ข้อมูลทางการศึกษาสำหรับองค์การอวกาศยุโรป ลักษณะของกิจกรรมจะเน้นที่การประกาศข่าวทางวิทยาศาสตร์และภาพถ่ายที่น่าสนใจจากกล้องฮับเบิล รวมถึงข่าวทางวิดีโอและข้อมูลทางการศึกษาเกี่ยวกับนวัตกรรม

มีแบบจำลองของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลตัวหนึ่งตั้งแสดงอยู่ที่สนามหญ้าเมืองมาร์ชฟิลด์ รัฐมิสซูรี สหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นบ้านเกิดของเอ็ดวิน ฮับเบิล ข้อมูลจากป้ายระบุว่าสร้างเมื่อปี ค.ศ. 1999

ภารกิจซ่อมบำรุงทุกครั้งที่ผ่านมาล้วนเป็นการติดตั้งอุปกรณ์ตัวใหม่เพื่อทดแทนอุปกรณ์ที่เสียและเพื่อทำการสำรวจสิ่งใหม่ ๆ หากไม่มีภารกิจซ่อมบำรุงเหล่านี้แล้ว อุปกรณ์ทุกตัวบนกล้องจะเสียในท้ายที่สุด วันที่ 3 สิงหาคม ค.ศ. 2004 ระบบจ่ายพลังงานของสเปกโตรกราฟกล้องโทรทรรศน์อวกาศขัดข้องทำให้มันใช้งานไม่ได้ แม้ว่ามันจะมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำรอง แต่ระบบอิเล็กทรอนิกส์หลักก็เสียตั้งแต่เดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2001 นอกจากนี้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์หลักของกล้องสำรวจขั้นสูงก็เสียเมื่อวันที่ 25 มิถุนายน ค.ศ. 2006 และระบบจ่ายพลังงานของวงจรสำรองก็เสียเมื่อวันที่ 27 มกราคม ค.ศ. 2007 ทำให้กล้องสำรวจขั้นสูงสามารถถ่ายภาพผ่านช่อง Solar Blind เท่านั้น แต่ไม่สามารถถ่ายภาพคลื่นที่ตามองเห็นหรือคลื่นอัลตราไวโอเลตได้ ดังนั้น มันจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่อุปกรณ์วิทยาศาสตร์จะทำงานได้ตลอดโดยไม่ต้องรับการซ่อมแซม

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลใช้ไจโรสโคปเพื่อทรงตัวในวงโคจรและเพื่อเล็งไปยังเป้าหมายได้อย่างแม่นยำ โดยปกติมันจะใช้ไจโรสโคปสามตัว การใช้ไจโรสโคปสองตัวนั้นสามารถทำได้แต่ก็จะทำให้พื้นที่ที่มองเห็นถูกจำกัดลงไปและการสังเกตการณ์ที่ต้องการความเที่ยงตรงสูงมากก็จะทำได้ลำบาก ใน ค.ศ. 2005 นาซาตัดสินใจใช้ไจโรสโคปเพียงสองตัวเพื่อที่จะยืดอายุของกล้อง ทำให้กล้องฮับเบิลใช้ไจโรสโคปเพียงสองตัวและมีไจโรสโคปสำรองอีกสองตัว จากการประมาณความเสียหายพบว่ากล้องฮับเบิลอาจจะเหลือไจโรสโคปที่ทำงานได้เพียงตัวเดียวภายในปี ค.ศ. 2008 และนั่นก็จะทำให้กล้องฮับเบิลอยู่ในสภาพใช้งานไม่ได้

นอกจากความเสียหายที่เกิดขึ้นกับไจโรสโคปแล้ว กล้องฮับเบิลจะต้องได้รับการเปลี่ยนแบตเตอรี ภารกิจซ่อมบำรุงที่ใช้หุ่นยนต์อาจยากเกินไปเพราะมันจะต้องรับภาระหลายอย่างมาก และหากเกิดความผิดพลาดขึ้น กล้องฮับเบิลก็อาจจะเสียหายอย่างถาวร อย่างไรก็ตาม กล้องฮับเบิลถูกออกมาให้ระหว่างที่มีการซ่อมบำรุงมันจะรับพลังงานจากเชื่อมต่อกับกระสวยอวกาศ ดังนั้น เราจึงอาจติดตั้งแบตเตอรีให้กับมันแทนการเปลี่ยนแบตเตอรีภายในได้

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลลอยอยู่ในวงโคจรที่ได้รับผลกระทบจากชั้นบรรยากาศส่วนบน วงโคจรของมันจึงลดต่ำลงมาทีละนิดเนื่องจากแรงลาก ถ้ามันไม่ได้รับการปรับวงโคจร มันจะลอยเข้ามาในชั้นบรรยากาศของโลกภายในปี ค.ศ. 2010 ถึง ค.ศ. 2032 ขึ้นอยู่กับว่าดวงอาทิตย์จะส่งผลต่อชั้นบรรยากาศส่วนบนมากเท่าใด นอกจากนี้ ไจโรสโคปยังส่งผลต่อวงโคจรด้วย นักดาราศาสตร์สามารถปรับทิศทางของไจโรสโคปเพื่อลดแรงลากจากชั้นบรรยากาศได้ เมื่อกล้องฮับเบิลลอยเข้ามาในโลก กระจกหลักและโครงสร้างสนับสนุนของมันจะรอดพ้นจากการเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ ทำให้มันอาจสร้างความเสียหายให้กับสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์ได้ (โอกาสที่มันจะสร้างความเสียหายอยู่ที่ 1 ใน 700) ถ้าภารกิจซ่อมบำรุงครั้งที่ห้าประสบความสำเร็จ กำหนดการการใช้งานของมันจะยืดออกไป

แต่เดิม นาซาวางแผนจะนำกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลกลับสู่โลกด้วยกระสวยอวกาศและอาจนำมาตั้งแสดงไว้ที่สถาบันสมิธโซเนียน แผนนี้ถูกยกเลิกไปเนื่องจากค่าใช้จ่ายต่อการใช้กระสวยอวกาศรอบหนึ่งนั้นสูงมาก (500 ล้านดอลลาร์สหรัฐโดยประมาณ) กระสวยอวกาศจะถูกปลดระวางในปี ค.ศ. 2010 และภารกิจนี้ก็เสี่ยงเกินไปด้วย นาซาจึงเปลี่ยนแผนเป็นการติดตั้งโมดูลเผาไหม้ภายนอกเพื่อที่ทำให้สามารถควบคุมการลอยเข้าสู่โลกได้

เดิมทีกระสวยอวกาศโคลัมเบียมีกำหนดการไปซ่อมแซมกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2005 ภารกิจนี้ประกอบด้วยการเปลี่ยนเซ็นเซอร์นำทางอย่างละเอียดและไจโรสโคปสองตัวที่เสีย ติดตั้งสิ่งปกคลุมบนฉนวนที่ฉีกขาด เปลี่ยนกล้องถ่ายภาพสนามกว้างและดาวเคราะห์ 2 เป็นกล้องถ่ายภาพสนามกว้าง 3 และติดตั้งสเปกโตรกราฟต้นกำเนิดจักรวาล (Cosmic Origins Spectrograph) แต่หลังจากเกิดโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศโคลัมเบียขึ้น ชอน โอคีฟ ผู้บริหารนาซาในเวลานั้นตัดสินใจว่า กระสวยอวกาศทุกลำจะต้องสามารถเดินทางไปยังสถานีอวกาศนานาชาติซึ่งเป็นสถานที่ที่ปลอดภัยสำหรับลูกเรือเผื่อมีเหตุฉุกเฉินที่ทำให้กระสวยอวกาศไม่สามารถลงจอดบนโลกอย่างปลอดภัยเกิดขึ้น แต่กระสวยอวกาศไม่สามารถเดินทางระหว่างกล้องฮับเบิลไปยังสถานีอวกาศนานาชาติในภารกิจเดียวกันได้ ดังนั้นแผนซ่อมบำรุงโดยใช้มนุษย์จึงถูกยกเลิกทั้งหมด

การตัดสินใจนี้ถูกต่อต้านจากนักดาราศาสตร์จำนวนมาก นักดาราศาสตร์เห็นว่ากล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลมีค่ามากพอที่ควรเสี่ยง กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ที่จะใช้งานต่อไปนั้นจะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศหลังปี ค.ศ. 2010 ซึ่งเป็นปีที่เลิกใช้งานกระสวยอวกาศทั้งหมดแล้ว และมันยังถ่ายได้เพียงแต่คลื่นอินฟราเรด ขณะที่กล้องฮับเบิลสามารถถ่ายคลื่นอัลตราไวโอเลตและคลื่นที่ตามองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์จำนวนมากเห็นว่าไม่ควรซ่อมกล้องฮับเบิล หากค่าใช้จ่ายที่ใช้ซ่อมนั้นมาจากงบประมาณที่จะใช้ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ วันที่ 29 มกราคม ค.ศ. 2004 ชอน โอคีฟ กล่าวว่าเขาจะทบทวนการตัดสินใจของเขาใหม่เพราะมีเสียงเรียกร้องจากประชาชนและมีการร้องขอจากรัฐสภาของสหรัฐอเมริกาให้นาซารักษากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลไว้

วันที่ 13 มิถุนายน ค.ศ. 2004 สมาคมวิทยาศาสตร์แห่งชาติกล่าวแนะนำให้นาซารักษากล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลแม้ว่าจะต้องเสี่ยงก็ตาม และกล่าวว่า "นาซาไม่ควรทำสิ่งใด ๆ ที่จะห้ามกระสวยอวกาศไปปฏิบัติภารกิจซ่อมกล้องฮับเบิล" วันที่ 11 สิงหาคม ค.ศ. 2004 ชอน โอคีฟ ขอให้ศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดวางแผนและออกแบบภารกิจซ่อมบำรุงโดยใช้หุ่นยนต์แทนมนุษย์ แผนนี้ถูกยกเลิกในเวลาต่อมาเนื่องจากโดนวิจารณ์ว่า "เป็นไปไม่ได้"

ปลายปี ค.ศ. 2004 สมาชิกรัฐสภาจำนวนหนึ่ง นำโดยวุฒิสมาชิกบาร์บารา มิคัลสกี (D-MD) และประชาชนที่สนับสนุนอีกจำนวนมากรณรงค์เรียกร้องให้รัฐบาลของบุชและนาซาซ่อมกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล

เดือนเมษายน ค.ศ. 2005 ไมค์ กริฟฟิน ผู้บริหารนาซาคนใหม่กล่าวว่าเขาจะทบทวนความเป็นไปได้ของภารกิจซ่อมบำรุงกล้องฮับเบิลโดยใช้มนุษย์ หลังจากนั้นไม่นาน เขาก็มอบหมายให้ศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ดเริ่มศึกษาภารกิจนี้โดยกล่าวว่าเขาจะตัดสินใจเรื่องนี้หลังภารกิจขนส่งอวกาศสองครั้งถัดไป

วันที่ 31 ตุลาคม ค.ศ. 2006 ไมค์ กริฟฟิน ก็ประกาศให้เริ่มต้นภารกิจนี้ นาซากำหนดวันปฏิบัติภารกิจเป็นวันที่ 14 ตุลาคม ค.ศ. 2008 โดยจะเดินทางด้วยกระสวยอวกาศแอตแลนติส ภารกิจครั้งนี้ได้แก่การติดตั้งแบตเตอรีใหม่ เปลี่ยนไจโรสโคปทั้งหมด และติดตั้งกล้องถ่ายภาพสนามกว้าง 3 และ สเปกโตรกราฟต้นกำเนิดจักรวาล กินเวลาทั้งหมด 11 วัน อย่างไรก็ดี ในช่วงปลายเดือนกันยายน ค.ศ. 2008 ภารกิจนี้ถูกเลื่อนออกไปเป็นเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2009 เนื่องจากพบความผิดปกติของระบบส่งข้อมูลของกล้อง ซึ่งทำให้งานด้านวิทยาศาสตร์ต้องชะงักไปทั้งหมด ระบบเปลี่ยนไปใช้ระบบสำรองเป็นการชั่วคราว และการซ่อมแซมจะต้องเพิ่มเข้าไปในภารกิจซ่อมบำรุงครั้งสุดท้ายของกล้องฮับเบิล

มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศหลายตัวที่อาสาเข้ามาทำหน้าที่แทนกล้องฮับเบิล รวมไปถึงหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ภาคพื้นดินบางแห่งที่มีกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงประสิทธิภาพสูง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เป็นหอสังเกตการณ์ในอวกาศในช่วงคลื่นอินฟราเรด ที่วางแผนไว้ว่าจะมารับหน้าที่สืบต่อจากกล้องฮับเบิล โดยมีเป้าหมายหลักทางวิทยาศาสตร์คือการเฝ้าสังเกตวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ไกลมาก ๆ ในห้วงจักรวาลอันเกินกว่าที่เครื่องมือใด ๆ ในปัจจุบันจะสามารถทำได้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เกิดขึ้นจากโครงการความร่วมมือระหว่างประเทศของ องค์การนาซา องค์การอวกาศยุโรป และองค์การอวกาศแคนาดา แต่เดิมมีชื่อเรียกว่า "กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นถัดไป" (Next Generation Space Telescope; NGST) ภายหลังในปี ค.ศ. 2002 จึงเปลี่ยนชื่อตามชื่อของผู้อำนวยการคนที่สองขององค์การนาซา คือ เจมส์ อี. เวบบ์ แผนการนำส่งกล้องโทรทรรศน์นี้ขึ้นสู่อวกาศอย่างเร็วที่สุดคือเดือนมิถุนายน ค.ศ. 2013 โดยมีจรวด Ariane 5 เป็นตัวนำส่ง

นอกจากนี้ยังมีความพยายามอื่นขององค์การอวกาศยุโรป คือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล ที่นำส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อ 14 พฤษภาคม ค.ศ. 2009 กล้องนี้มีความสามารถใกล้เคียงกับกล้องเจมส์ เวบบ์ คือมีเลนส์กล้องที่ใหญ่กว่ากล้องฮับเบิลมาก แต่สามารถสังเกตการณ์ได้เพียงในช่วงคลื่นอินฟราเรดเท่านั้น