กระจกและระบบด้านภาพเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล มันจะต้องถูกออกแบบมาให้ตรงกับรายละเอียดที่กำหนดไว้อย่างละเอียดมาก กล้องโทรทรรศน์โดยทั่วไปมีกระจกที่ได้รับการขัดให้ละเอียดอยู่ที่ระดับ 1 ใน 10 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น แต่เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลนั้นใช้สำหรับสังเกตการณ์คลื่นตั้งแต่คลื่นอัลตราไวโอเลตจนถึงคลื่นอินฟราเรดด้วยความคมชัดมากกว่าสิบเท่าของกล้องโทรทรรศน์ก่อนหน้านี้ มันจึงต้องถูกขัดให้ละเอียดถึงระดับ 1 ใน 65 ของความยาวคลื่นที่ตามองเห็น หรือประมาณ 10 นาโนเมตร[15]

บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ตั้งใจจะใช้เครื่องขัดกระจกที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อขัดกระจกให้ได้รูปร่างที่ต้องการ แต่ต่อมาพบว่าเทคโนโลยีของพวกเขามีปัญหาหลายอย่าง นาซาจึงทำสัญญากับบริษัทโกดักและบริษัทไอเทค (Itek) ให้สร้างกระจกสำรองขึ้นมาสองแผ่นโดยใช้เทคนิคการขัดกระจกแบบดั้งเดิม (ข้อเสนอนี้ยังรวมถึงการให้สองบริษัทนี้ตรวจสอบผลงานของกันและกันด้วย[16]) ปัจจุบัน กระจกจากบริษัทโกดักตั้งแสดงอยู่ในสถาบันสมิธโซเนียน[17] ส่วนกระจกของบริษัทไอเทคที่สร้างขึ้นสำหรับงานนี้ปัจจุบันนำไปติดตั้งใช้งานอยู่ในกล้องโทรทรรศน์ขนาด 2.4 เมตรที่หอดูดาวแมกดาลีนาริดจ์[18]

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[19]

อย่างไรก็ตาม มีการตั้งข้อสงสัยในความสามารถของบริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ เนื่องจากงบประมาณและเวลาที่ใช้สร้างอุปกรณ์ด้านภาพส่วนอื่น ๆ นั้นเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนนาซาถูกกล่าวหาว่า "เปลี่ยนแปลงกำหนดการได้ทุกวัน" นาซาเลื่อนวันส่งกล้องโทรทรรศน์ไปในเดือนเมษายน ค.ศ. 1985 แต่บริษัทเพอร์กินเอลเมอร์ก็ยังเลื่อนกำหนดส่งไปเรื่อยๆ จนนาซาต้องเลื่อนวันส่งกล้องไปจนถึงเดือนมีนาคมและเดือนกันยายน ค.ศ. 1986 ในท้ายที่สุด งบประมาณที่ใช้ทั้งหมดเพิ่มขึ้นถึง 1.175 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ[14]

การก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลในช่วงต้นเมื่อ ค.ศ. 1980

การออกแบบยานอวกาศที่ใช้บรรจุกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและอุปกรณ์ต่าง ๆ ถือเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมอย่างหนึ่ง มันจะต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมหาศาลระหว่างช่วงที่มันได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงและช่วงที่มันอยู่ในเงามืดของโลก และจะต้องมั่นคงเพียงพอที่จะทำให้ระบบชี้ตำแหน่งกล้องโทรทรรศน์จากพื้นโลกชี้ได้แม่นยำ ฉนวนที่หุ้มห่อหลายชั้นช่วยทำให้อุณหภูมิในกล้องโทรทรรศน์คงที่และล้อมโครงอะลูมิเนียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ต่าง ๆ อยู่ภายใน ภายในโครงอะลูมิเนียมมีกรอบแกรไฟต์-อีพ็อกซีช่วยยึดส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์ให้ติดแน่น

แม้ว่าการก่อสร้างยานอวกาศที่ใช้ขนส่งกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลและอุปกรณ์ต่าง ๆ จะเป็นไปอย่างราบรื่นกว่าการสร้างกระจก บริษัทล็อกฮีดก็ยังเจอกับปัญหาเงินไม่เพียงพอและต้องเลื่อนวันกำหนดส่งงาน ในช่วงฤดูร้อน ค.ศ. 1985 การก่อสร้างยานใช้เงินเกินถึง 30% ของงบประมาณที่ตั้งไว้ และต้องเลื่อนส่งงานไปสามเดือน ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลกล่าวว่าบริษัทล็อกฮีดปฏิบัติตามคำสั่งของนาซามากกว่าทำตามการตัดสินใจของตนเอง[14]

ส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล(รายละเอียดคลิกที่ภาพ)

กล้องฮับเบิลได้รับการติดตั้งอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ก่อนส่งขึ้นสู่อวกาศทั้งหมด 5 อัน 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[20] กล้องถ่ายภาพวัตถุมัวและสเปกโตรกราฟวัตถุมัวเป็นเครื่องสำรวจคลื่นอัลตราไวโอเลตที่มีความละเอียดสูงสุดของกล้องฮับเบิล อุปกรณ์ทั้งสามนี้ใช้ชิปนับจำนวนโฟตอนแทนการใช้อุปกรณ์รับภาพ CCD กล้องถ่ายภาพวัตถุมัวสร้างโดยองค์การอวกาศยุโรป ส่วนสเปกโตรกราฟวัตถุมัวสร้างโดยบริษัท Martin Marietta

เครื่องวัดความสว่างความเร็วสูงสร้างโดยมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ใช้สำหรับสังเกตการณ์ดาวแปรแสงและวัตถุทางดาราศาสตร์ที่มีความสว่างไม่คงที่ สามารถวัดความสว่างได้ถึง 100,000 ครั้งต่อวินาที ด้วยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 2% หรือน้อยกว่า[21]

ระบบนำทางของกล้องฮับเบิลบางตัวยังสามารถใช้เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย เช่น เซ็นเซอร์นำทางความละเอียดสูง (Fine Guidance Sensors: FGS) ซึ่งใช้สำหรับการระบุตำแหน่งสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์ให้แม่นยำ สามารถใช้เป็นเครื่องมือวัดทางดาราศาสตร์ที่มีความเที่ยงตรงสูงมาก ด้วยความละเอียดไม่เกิน 0.0003 ฟิลิปดาทีเดียว[22]

วงโคจรของกล้องฮับเบิลในชั้นบรรยากาศรอบนอกของโลก ทำให้ช่วงเวลาสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แต่ละช่วงมีระยะเวลาค่อนข้างน้อยก่อนจะถูกโลกบดบัง

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 (ทำให้ไม่สามารถสังเกตการณ์