哈勃望远镜是反射式望远镜，主镜面是一个凹面反射镜，通过凹面镜来聚光。
哈勃望远镜的光学系统不像人们想象中的那样简单是由凸透镜组成的，哈勃望远镜的光学部分是整个仪器的心脏。它采用卡塞格林式反射系统，由两个双曲面反射镜组成，一个是口径2.4米的主镜、另一个是装在主镜前约4.5米处的副镜，口径0.3米。投射到主镜上的光线首先反射到副镜上，然后再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔到达主镜的焦面上形成高质量的图像，供各种科学仪器进行精密处理，得出来的数据通过中继卫星系统发回地面。
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