NASAは新しい鏡を設置する代わりにコンタクトレンズでハッブルの不良鏡を修正した

1990年6月、打ち上げ直後のハッブル宇宙望遠鏡が返した画像は地上望遠鏡と変わらない鮮明さだった。2.4メートルの主鏡が誤った形状に研磨され、深刻な球面収差を生じていたのだ。鏡を地球に戻すのは困難すぎると判断され、技術者たちは絶望的な選択肢を検討した。宇宙遊泳中の宇宙飛行士を光学管の内部に送り込んで副鏡を交換するか、開口部の遮光板を取り付けて鏡の欠陥のある外周領域を覆い隠すか、というものだった。

勝利を収めたアイデアは問題を逆転させた。ドイツでのESAの危機会議に出席していたBall Aerospaceの光学技術者ジェームズ・クロッカーは、ホテルのシャワーヘッドが垂直のロッドに留め具で固定され、高さと角度を調整できることに気づいた。同様のスライド式マウントなら、小型の補正鏡を各観測装置の光路に運び込める。その成果であるCOSTARは、予算5000万ドル、電話ボックスほどの大きさで、最も使用頻度の低い観測装置である高速光度計と置き換えられた。同じ1993年のミッションで設置された新しい広視野惑星カメラ2は、独自の補正機構を内蔵していた。

宇宙飛行士たちは1993年12月のSTS-61ミッションで、11日間にわたる船外活動の末にCOSTARを設置し、この観測装置の鏡アームは1993年12月28日に展開された。補正後の微弱天体カメラでは、星の光のうち0.1秒角以内に集中する割合が18%から85%へと跳ね上がり、1.6等級の感度向上となった。実効分解能は66ミリ秒角から43ミリ秒角へと改善し、その代償は透過率が20%低下し視野が狭くなるという控えめなものだった。

鏡ではなく、下流の光路を補正せよ

鏡の誤差は安定しており、星の画像から完全に特性評価されていたため、その逆の補正を地上で製作し、軌道上で誤差を打ち消すと信頼できた。

ハッブルを地球に持ち帰ることも、その光学管の内部で作業することも、不可能か無謀だった。観測装置ベイは、宇宙飛行士による整備のためにあらかじめ設計された唯一のインターフェースだった。

観測装置ごとに2枚の小型鏡を追加するのに必要なガラスは数グラムで済み、2.4メートルの主鏡を再コーティングしたり交換したりするのとは比べものにならない。この修正は開口部ではなく誤差の大きさに応じて規模が決まった。

最も能力の低い観測装置である高速光度計を諦めることで、このトレードオフは望遠鏡上のほぼ無償の枠へと変わった。

補正機構を内蔵した新しい観測装置（WFPC2）を設計することで、同じミッションが両端からシステムを一度に修正できた。

交換できない部品に欠陥がある場合、補正を手の届く下流へと押し進めよ。既知の決定論的誤差は、最も安価な境界で打ち消すことができる。

修理は計算通りに機能した。ハッブルは宇宙論を再較正する深宇宙探査と距離測定の成果を届け、このミッションはNASAの軌道上整備の手本となった。その後設置されたすべての観測装置は独自の補正光学系を備えていたため、COSTARは不要となり、2009年の整備ミッションで宇宙起源分光器のためにベイを空けるべく取り外され、地球に戻されて現在は博物館の展示品となっている。クロッカーのシャワーヘッドの逸話は、優れた工学のアイデアがどこから生まれるかを示すNASAの定番の寓話となった。