Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (englisch Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, SOFIA) war ein fliegendes Teleskop, das die NASA gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für Infrarotastronomie entwickelt hatte. Dafür war an Bord einer umgebauten Boeing 747-SP mit dem Kennzeichen N747NA ein Spiegelteleskop installiert worden. Gegenüber erdgebundenen Infrarotteleskopen bot SOFIA den Vorteil, dass es oberhalb der Troposphäre flog, welche einen Großteil der Infrarotstrahlung absorbiert. Das Teleskop war von November 2010 bis September 2022 im Einsatz. Dann wurde das Projekt mit Verweis auf die hohen Unterhaltskosten eingestellt.
SOFIA war für eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Das Flugzeug wurde vom NASA DAOF (Dryden Aircraft Operations Facility) in Palmdale, Kalifornien betrieben. SOFIA löste das Kuiper Airborne Observatory (KAO) ab, das von 1974 bis 1995 im Einsatz war.
Zweck des Teleskops war es zum einen, Strahlung zu untersuchen, die von einem Teleskop am Boden nicht wahrgenommen werden kann. Zum anderen wurde die Möglichkeit geschaffen, das Teleskop zwischen den Flügen immer wieder modernisieren und reparieren zu können, was bei einem Teleskop an Bord eines Satelliten (Hubble, JWST) nicht ohne weiteres möglich ist.
An drei bis vier Nächten pro Woche sollte jeweils bis zu acht Stunden aus 12 bis 14 Kilometern Höhe beobachtet werden. Einmal jährlich sollte SOFIA in Deutschland für zwei Wochen am Flughafen Stuttgart stationiert werden.
Am 4. März 2014 gab die NASA nach Kürzungen im Haushalt bekannt, keine weiteren finanziellen Mittel mehr für das Projekt SOFIA aufbringen und das Flugzeug 2015 einmotten zu wollen, falls kein Partner die Kosten übernehmen würde. Der damalige Vorstandsvorsitzende des DLR, Johann-Dietrich Wörner, zeigte sich über die Entscheidung der NASA „bestürzt und verärgert“. Zu diesem Zeitpunkt stand die nächste größere Wartungsmaßnahme bei Lufthansa Technik in Hamburg bevor und diese Maßnahme sei ohne den Willen, das Flugzeug danach wieder in Betrieb zu nehmen, finanziell unsinnig. Nachdem die NASA im Haushalt für dieses Projekt dann doch Mittel vorsah, konnte das deutsch-amerikanische Projekt fortgeführt werden.
Die Kooperation von NASA und DLR wurde am 2. Juni 2016 – beim Stand von 250 10-stündigen Beobachtungsflügen – vertraglich um weitere vier Jahre bis 2020 verlängert. 2018 sollten Forschungsergebnisse ausgewertet werden, um über eine weitere Verlängerung bis 2030 zu entscheiden.
Im April 2022 wurde die Einstellung des Programms bekannt gegeben. Am 30. September 2022 führte SOFIA den letzten Forschungsflug durch. Die NASA hatte sich entschlossen, das Forschungsprojekt aufgrund zu hoher Betriebskosten einzustellen. Nach Angaben der amerikanischen Raumfahrtagentur lagen die jährlichen Betriebskosten des Flugzeuges mit knapp 85 Mio. US-Dollar nur knapp unter denen des Weltraumteleskops Hubble. Rein gemessen an der Anzahl der wissenschaftlichen Veröffentlichungen blieb SOFIA deutlich hinter Hubble zurück – auf der Grundlage der Forschungsdaten von Hubble wurden siebenmal mehr Veröffentlichungen eingereicht. Da in den Betriebskosten von SOFIA, im Gegensatz zu Hubble, jedoch neben dem Wissenschaftszentrum auch Instandhaltung, Treibstoff und Flugpersonal enthalten war, wird die Benutzung dieser Metrik zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit derart unterschiedlicher astronomischer Observatorien teilweise bemängelt. Ein Vergleich von SOFIA und dem Herschel-Weltraumteleskop hinsichtlich benötigter Beobachtungszeit pro referierter Publikation kommt zu dem Schluss, dass beide Observatorien innerhalb ihrer jeweiligen ersten acht operationellen Jahre etwa gleichauf lagen.
Am 13. Dezember 2022 wurde der letzte Flug durchgeführt, der zum Pima Air & Space Museum (bei Tucson, Arizona) führte, wo das Flugzeug bleiben soll.
Als Träger des Teleskops diente eine Boeing 747-SP. Dieser Flugzeugtyp hat einen kürzeren Rumpf, eine größere maximale Flughöhe und eine größere Reichweite als die Grundversion 747-100/200. Die Boeing 747-SP konnte so in 12 bis 15 km Höhe und damit oberhalb von 99 Prozent des Beobachtungen störenden Wasserdampfs fliegen. Die umgebaute Maschine mit dem Kennzeichen N747NA hatte am 25. April 1977 als 306. gebaute B747 ihren Erstflug absolviert und war kurz darauf an ihren Besteller Pan Am ausgeliefert worden. Im Mai 1977, zum 50. Jahrestag des ersten Alleinfluges über den Atlantik von Charles Lindbergh, taufte seine Witwe Anne Morrow Lindbergh das Flugzeug auf den Namen Clipper Lindbergh. Im Februar 1986 hatte United Airlines die Maschine übernommen und dann bis Ende 1995 im Betrieb. Die NASA kaufte die B747 im Jahr 1997 und begann mit den Umbauten und Testflügen in Waco, Texas. Hinter der linken Tragfläche wurde eine Tür in den Rumpf geschnitten, die für den Betrieb geöffnet wurde, um das Teleskop nach oben blicken zu lassen. Die Teleskopsektion war durch ein Druckschott von der übrigen Kabine getrennt, in der neben der dreiköpfigen Cockpitbesatzung bis zu 15 Wissenschaftler, Techniker und Beobachter arbeiteten.
Nach Gerüchten über die Einstellung des Projekts noch während der Bauphase Anfang 2006 bestätigte die NASA im Juli 2006 dessen Fortführung. Der erste Flug nach dem Flugzeugumbau fand am 26. April 2007 in Waco statt. Am 21. Mai 2007 taufte Erik Lindbergh, ein Enkel von Charles Lindbergh, das Flugzeug erneut auf Clipper Lindbergh. Der Stützpunkt des Flugzeuges wurde im Januar 2008 vom Dryden Flight Research Center zur Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale verlegt.
Nach einem D-Check 2014 führte Lufthansa Technik 2017 und erneut ab Oktober 2020 einen C-Check des Luftfahrzeugs durch; dabei wurde auch das Teleskop wieder überprüft und der German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies („deutscher Empfänger für Astronomie bei Terahertz-Frequenzen“) abgebaut und zur Wartung zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn gebracht.
Im hinteren Rumpfbereich der 747-SP wurde ein von den deutschen Unternehmen MAN Technologie AG und Kayser-Threde hergestelltes Nasmyth-Teleskop eingebaut – konstruktiv eine Kombination aus einem Newton-Teleskop und einem Cassegrain-Teleskop. Wie bei letzterem wird die Strahlung vom Primärspiegel auf einen konvexen Sekundärspiegel gebündelt, der die Strahlbündel wieder in Richtung Primärspiegel reflektiert. Dieser Primärspiegel hatte einen Durchmesser von 270 Zentimetern und eine – durch die Abschattung (Obstruktion) der beiden kleineren Spiegel – effektive Öffnung von 250 Zentimetern. Ein dem Primärspiegel vorgelagerter dritter Spiegel, der plangeschliffenen war, lenkte die vom Sekundärspiegel kommenden Strahlenbündel um 90° zur Seite zur Kamera. In diesem letzten Abschnitt, d. h. nach dem dritten Spiegel, verlief die optische Achse des Strahlengangs entlang der Neigungsachse des Teleskops und der Längsachse des Flugzeugs. Sie war daher im Flugzeugrumpf unabhängig von der Teleskopneigung stationär; allerdings rotierte der Strahlengang bei der Neigungseinstellung um diese Achse. Das Spiegelteleskop drehte sich zur Neigungseinstellung in einem 600 kg schweren Lagerkranz mit 1,2 m Durchmesser von Schaeffler und nahm dabei auch den Tubus und Nebenaggregate, die in Strahlrichtung hinter dem Kranz lagen, mit. Da der Strahlengang zuletzt in Flugrichtung verlief, drehten sich die am Tubus montierten Messinstrumente, der Brennpunkt (Nasmyth-Fokus) und die Kamera/der Detektor bei der Neigungseinstellung mit und rotierten um die Neigungs- bzw. Flugzeuglängsachse. Der kreisförmige Lagerkranz war mit der Rumpfhülle durch ein Druckschott verbunden und hydrostatisch mit Öl gedichtet, die Teleskopstruktur aus Kohlefaserbauteilen aufgebaut. Das Teleskop war fokusseitig ständig zugänglich. Objektivseitig herrschten im Flug jedoch der niedrige Außendruck und zirka 210–230 K (−63 bis −43 °C) Kälte.
Die Öffnung des Teleskopfensters war von innen mit einer Gleittür, die sich auf einer Kreisbogenbahn öffnet, regenfest verschließbar. Vor der in Flugrichtung vorderen Kante der Öffnung lag quer eine kleine Rampe, um die Luftströmung und eventuelle Festkörper, wie Vögel, ausreichend abzuweisen und am Eindringen zu hindern. Die halbzylindrische Öffnung des Fensters umfasste die obere Hälfte eines etwa vier Metern langen Rumpfabschnitts zwischen Tragflächen und T-Leitwerk. Wegen der dadurch erfolgten Verringerung des tragenden Rumpfquerschnitts auf die halbe Höhe der normalen Querschnitts waren hier entsprechend stabile Versteifungen notwendig.