三十多年來，哈勃太空望遠鏡一直在天文、宇宙學和行星科學領域取得新突破，其成果鮮有其他裝置可以匹敵，更不用說超越。由於 NASA 宇航員進行了一系列維修和服務任務，沒有其他軌道天文臺能夠在如此多年內保持如此穩定和高效能的執行。
NASA 在 1993 年至 2009 年間對哈勃進行了五次太空梭任務，以升級科學儀器、更換故障系統並提升哈勃的軌道高度。由於地球大氣層稀薄外層的摩擦，哈勃的軌道高度會隨著時間推移自然衰減。隨著太空梭計劃的結束，維修任務也隨之停止，哈勃正緩慢但穩定地向地球下降。NASA 官員表示，如果不進行進一步干預，該望遠鏡在 2037 年有 50% 的機率墜入大氣層。
然而，現在，哈勃的新希望正在從商業太空飛行領域中湧現。企業家兼私人宇航員賈裡德·艾薩克曼正在為他從 SpaceX 購買的四次飛行中的第二次飛行做準備，他希望駕駛該公司的一艘龍飛船前往哈勃，以提升其軌道高度，而且幾乎無需納稅人花費任何成本。“我認為這對全世界的科學和研究來說都是一件偉大的事情，”艾薩克曼告訴《大眾科學》。
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擬議中的交會對接將是艾薩克曼資助和領導的北極星計劃的一部分，該計劃預計最終將以首次載人星艦飛行達到高潮。星艦是 SpaceX 正在開發的一種巨型多用途可重複使用太空運輸系統。對於計劃於 2023 年 3 月搭乘龍飛船發射的北極星首航任務，艾薩克曼和三名宇航員計劃進行一次太空行走——這是私人宇航員的首次太空行走——並打破 1966 年雙子座 11 號創下的地球軌道載人飛船最高高度記錄。
NASA 已經對 SpaceX 進行了深度投資，這家公司已迅速成為全球航天飛行行業的領導者。當該機構於 2009 年 5 月對哈勃進行第五次也是最後一次太空梭維修任務時，SpaceX 距離其獵鷹 9 號火箭的首次飛行還有一年時間，距離龍飛船首次與國際空間站對接還有三年時間。今天，SpaceX 正接近其第 200 次發射——其中 70% 是使用回收和復飛的火箭進行的。龍飛船已與空間站對接 33 次，運送貨物和宇航員，包括為總部位於休斯頓的公理太空公司進行的私人包機。2021 年，SpaceX 還完成了一次自由飛行的載人龍飛船任務——艾薩克曼的首次太空飛行，名為靈感 4 號。
在加州理工學院（為 NASA 運營噴氣推進實驗室）之後，美國太空總署現在每年在 SpaceX 上的支出超過任何其他組織——僅在 2022 財年就超過 20 億美元。除了空間站貨物運輸和宇航員往返飛行外，由科技企業家埃隆·馬斯克領導的 SpaceX 還持有 NASA 的合同，負責發射高優先順序的科學專案，包括數十億美元的歐羅巴快船任務；前往近月空間的貨運飛行；以及作為該機構阿耳忒彌斯計劃的一部分，演示用於將宇航員送上月球表面的星艦運輸服務。
除了 NASA 之外，SpaceX 還為美國軍方、商業客戶和外國政府提供發射服務。該公司還製造、發射和運營自己的天基寬頻服務星鏈，星鏈已經是世界上最大的衛星星座。目前有 3,000 多顆星鏈衛星在低地球軌道執行，SpaceX 已獲得聯邦通訊委員會的批准，可以將該網路擴充套件到近 9,000 顆衛星。
這張拍攝於 2021 年 4 月 24 日的影像顯示了 SpaceX 載人龍飛船奮進號接近國際空間站。圖片來源：NASA
所有這一切都解釋了為什麼當 SpaceX 和艾薩克曼提出龍飛船前往哈勃的任務時，NASA 會認真對待該提案。作為第一步，該航天局於 9 月 22 日與 SpaceX 簽署了一項未注資的《太空法案協議》，以啟動為期六個月的可行性研究。“我們一直在研究瘋狂的想法，”NASA 首席科學家托馬斯·祖布欽在 9 月 29 日的電話會議上告訴記者。“我們總是應該突破界限，而這真的很有吸引力。”
NASA 希望其最後一次太空梭維修哈勃的任務能夠將該天文臺的壽命延長至至少 2014 年，屆時其繼任者詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (JWST) 預計將發射。儘管 JWST 最終直到 2021 年 12 月才發射，但哈勃仍在堅持。NASA 現在預計哈勃在沒有任何進一步維修任務的情況下仍將執行到 2030 年代。“我們能夠預測[哪些]問題最有可能出現，並提前開始解決這些問題，”位於馬里蘭州格林belt的 NASA 戈達德太空飛行中心哈勃專案經理帕特里克·克勞斯說。
例如，工程師們已經開發出即使在額外的機載制導硬體發生故障的情況下，也能指向哈勃並鎖定目標的技術。該天文臺目前有六個航天器定向陀螺儀中的三個在執行，儘管所有剩餘的陀螺儀都經過升級，比那些已經關閉的陀螺儀更堅固耐用。
“我們有很多元件都超過了其預期的輻射劑量壽命，或者存在可能導致它們發生故障的各種問題。我們有相當多的冗餘……我們預計，由於輻射，我們可能會看到一些退化，但這將是系統的逐漸衰退，而不是突然失效，”克勞斯說。“我認為，如果我們能夠堅持到 2030 年代，那麼陀螺儀和精細制導感測器之間將是一場賽跑，”他補充道。
哈勃軌道衰減是另一個問題。自 2009 年上次提升軌道高度以來，該望遠鏡已向下漂移了 30 多公里。NASA 的最後一次維修任務將其提升到 564 公里的高度。
SpaceX 建議將哈勃提升到一個明顯更高的軌道，高度在地球上方 600 至 610 公里之間。這項研究將由 NASA 戈達德天體物理專案部的專案經理芭芭拉·格羅菲克監督，它將評估龍飛船的技術能力以及對哈勃的潛在風險。
於 10 月 19 日任命的由六名戈達德成員組成的研究小組還將考慮龍飛船除了提升哈勃軌道高度之外可能提供的其他服務。“我們目前還沒有具體研究任何內容，”克勞斯說。
龍飛船並不是唯一能夠到達哈勃的美國航天器。諾斯羅普·格魯曼、波音和 Sierra Space 都擁有或正在開發適合低地球軌道任務的航天器。多年前，NASA 曾研究過派遣自己的獵戶座飛船前往哈勃。“我們將考慮所有符合納稅人利益的選項，”祖布欽在 9 月 29 日的簡報會上說。
由於不知道未來會怎樣，當 NASA 逐步取消太空梭計劃時，它也為其他航天器訪問哈勃奠定了基礎。上次維修人員為望遠鏡配備了對接環和導航目標，以便沒有機械臂的飛行器可以直接連線到哈勃。（太空梭任務使用 15 米長的機械臂抓住望遠鏡，然後將天文臺安裝在軌道飛行器的貨艙工作平臺上，供太空行走宇航員進行維修。）
至少，NASA 認為哈勃在其壽命結束時需要再次訪問——儘管不一定由宇航員進行。另一次交會的目的是安裝一個推進模組，用於引導望遠鏡墜入大氣層或將其提升到穩定的高海拔墓地軌道。無論哈勃是墜落到地球還是在高空停留，這樣的任務都將最大限度地減少望遠鏡墜毀可能造成的附帶損害。
“在未來 15 年左右，我們將需要前往哈勃，因為您希望進行受控再入或軌道提升，”前宇航員斯科特·奧特曼說，他曾指揮過最後兩次哈勃維修任務。
“最重要的是，首先不要造成傷害。我們現在有一個偉大的天文臺在那裡，”奧特曼說，他現在是總部位於馬里蘭州貝爾茨維爾的 ASRC Federal 的總裁，這是一家技術諮詢和服務提供商。“我去哈勃學到的最重要的事情是：不要著急。穩紮穩打才能贏得比賽。”
NASA 可能會決定放棄 SpaceX 的提案。哈勃執行良好，其軌道衰減並不是特別緊迫的問題。即使龍飛船前往哈勃的任務被證明在技術上可行且風險相對較低，但天文臺也可能會遇到超出北極星計劃時間表的問題。
前宇航員兼 NASA 首席科學家約翰·格倫斯菲爾德是一位天文學家，曾參加過哈勃的最後三次維修任務，他說一個合理的計劃可能是 NASA 使用龍飛船的軌道提升飛行來收集資料，以便未來由龍飛船、星艦或其他飛行器進行維修。
“我很久以前與 SpaceX 進行的一次討論是使用星艦——它具有如此強大的能力，您可以新增氣閘、新儀器和其他大型裝置——來抓住哈勃，將其帶回，翻新後再放回去，”格倫斯菲爾德說。
“我沒有深入研究細節，但我認為龍飛船的軌道提升風險相對較低——如果他們只做軌道提升的話，”他補充道。“存在對接過於猛烈可能會損壞某些東西的風險，例如太陽能電池陣列。哈勃的設計不如國際空間站那樣堅固。”
艾薩克曼補充道：“有很多事情需要弄清楚。我認為主要目標將是如何才能安全地讓哈勃比今天更健康地離開。”