中國現在能製造比哈勃望遠鏡更先進的太空望遠鏡嗎?

廖坡


哈勃望遠鏡應該是除了阿波羅登月之外最著名的一個空間項目,同時也是一臺全球最為出名的一臺天文望遠鏡。哈勃望遠鏡在上個世紀九十年代發射升空,一直在將近600公里高的近地軌道飛行,以便避開地球大氣層的干擾(湍動、大氣吸收),進行太空觀測,拓展我們對於宇宙的認識。


中國現在能製造比哈勃望遠鏡更先進的太空望遠鏡嗎?這個問題要從幾方面來看。


首先看哈勃望遠鏡的本身。望遠鏡的光學部分的光學系統採用卡塞格林式反射系統,由兩個雙曲面反射鏡組成,一個是口徑2.4米的主鏡和一個是主鏡前約4.5米處的口徑0.3米副鏡。這對於已經頗具經驗的中國天文望遠鏡製造單位(比如南京天光所、西安光機所、成都光電所等)來說完全沒有問題。我國現在已經建有兩臺口徑分別為2.16米(河北興隆,國產)、2.4米(雲南麗江,英國製造商)、1.8米(雲南麗江,國產)等多臺望遠鏡等。此外,著名的LAMOST(郭守敬望遠鏡)的有效口徑是4米,雖然是採用多鏡面拼接技術。列舉這麼多,就是想說明2米級空間望遠鏡的設計和建造對於我國來說沒有太大難度。在正在順利推進中的天宮2號項目中,就有一臺2米光學紅外望遠鏡,應該很快就能上天。我也曾參與過其中一個後端項目的討論與預研,但已經遺憾落選。


其次說哈勃望遠鏡的後端設備。哈勃望遠鏡之所以強大,是因為安裝了豐富和功能強大的後端設備,比如各種相機和光譜儀。這些後端設備可以分別對天體進行拍照觀測和分光光譜觀測(參考牛頓三稜鏡實驗)。而最終數據的記錄需要使用高靈敏度CCD和數位光子計數器,而這恰恰是我國的短板。目前在天文界使用的科學級CCD應該都是來自於國外進口,並且是特定的某兩家。


最後聊哈勃望遠鏡的發射和運行問題。近些年中國航天的發展,特別是新型火箭發動機的研製、天宮中國空間站項目、嫦娥系列月球探測項目和空間天文項目的開展,已經表明中國有能力發射、測控大型空間實驗裝置和精密觀測設備。對於發射和運行(遠程控制、數據通信)類似哈勃望遠鏡這樣的太空望遠鏡應該沒有任何問題。



南極觀星人


太空望遠鏡由於位於太空環境中,不會受到大氣層氣流流動的干擾,所以其成像素質要比地面的太空望遠鏡觀察的更為清晰,歷史上最著名的就是哈勃太空望遠鏡了,其在1990年就已經搭乘航天飛機發射升空,將近30年過去了,哈勃望遠鏡也讓人類對天文物理有了更多的認識和見解。






太空望遠鏡的種類有很多種,大體分為可見光和不可見光的,有的是觀測X射線下宇宙的形成的,有的是觀測γ射線下黑洞的變化的。我國在十二五規劃中就已經提出要建造屬於我們自己的太空望遠鏡,而且在去年年中第一顆由我國發射的“慧眼”硬X射線太空望遠鏡已經搭乘長征四號火箭升空,這也是在填補人類天文觀測領域空白的重要一塊。雖然這是一顆小型太空望遠鏡,但是其可以觀測到黑洞的巨大吸引力對恆星的變化,而這個過程只能以X射線感知到。而且我國這顆太空望遠鏡同時具備了硬X射線和巡天的特性,這是以前其他國家發射的太空望遠鏡所不具備的。



太空望遠鏡看起來就是一顆大型航天器,大家都覺得我國都能載人航天了,一顆太空望遠鏡又有什麼難得呢?首先太空望遠鏡看起來很簡單,但是涉及到很多學科領域,特別是在天文基礎領域要是沒有什麼突破點的話,連建造觀測什麼的太空望遠鏡都不知道怎麼造。

其次太空望遠鏡造價高昂,雖然放在載人航天面前不算什麼,但是其不僅像我們日常用的普通望遠鏡一樣有鏡片就行,其最重要也是最貴的就是各種類型的儀器了,什麼紅外的、熱成像的各種傳感器和自動化設備都是天價,以美國今年剛剛發射的韋伯太空望遠鏡為例,其價格高達88億美元,比我們建造一艘航母都貴的多,所以這也就限制了太空望遠鏡的發展,而且88億美元只是造價,如果發射後不能正常工作或者以後出了任何問題就等於這88億美元打了水漂。



但是我國作為航天大國,仍然在不遺餘力的發展自己的大型太空望遠鏡,其性能肯定是要高於30年前發射的哈勃望遠鏡的,至少性能要不差於美國最新發射的韋伯恐龍蛋才行。所以我們一直在發展屬於我們自己的太空望遠鏡,像去年發射的“慧眼”硬X射線太空望遠鏡,嫦娥三號攜帶的月基天文望遠鏡,以及正在研發的巡天號光學軌道艙都是在不遺餘力的發展我們自己的太空望遠鏡。

其次是我國一直缺乏大推力運載火箭,像美國最著名的哈勃太空望遠鏡重量達到了11噸,最新發射的韋伯太空望遠鏡雖然只有6.5噸重,但是仍然需要大型火箭發射。當然這些都是可見光的太空望遠鏡,其他的那些不可見光的大型射線太空望遠鏡的重量和體積更大,比如美國曾經發射的康普頓x.y太空望遠鏡重量達到了17噸。好在我們已經有了最大運力達到25噸的長征5B火箭,再加之科技的進度下電子設備的體積和重量都在不斷縮減,所以在十三五期間我們一定會看到屬於我們自己的大型太空望遠鏡的。
之所以太空望遠鏡沒有地面的天文望遠鏡發展的好的原因除了上面說的技術難度大和貴的離譜外,最重要的就是性價比問題了,以美國花了幾百億美元搞得太空望遠鏡為例,其投入與產出的比例太低了。


魑魅涅槃


這個肯定是頂級國家秘密啦!

大概估計一下:

哈勃望遠鏡不只是一個望遠鏡那麼簡單,而是一套系統和為其服務的人員。

以中國目前的技術實力,而且在中國並未重點優先的大量投入來發展這一領域的前提下,中國應該還不能整體上造出比哈勃更先進的望遠鏡。

但應該可以在某些子系統或者項目上,能夠超越哈勃目前的水平!畢竟哈勃雖有更新,也已服役多年。


百科雜談


哈勃望遠鏡是1990發射的 主鏡直徑:94.5英寸(2.4米)我國現在的高分衛星就能達到這樣的性能 而我國長光所最新成果是一塊4.1米的碳化硅反射鏡 是目前世界上最大的 等我國長征5性能穩定後就能把它打上去了


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