NASA最黑黑科技,用60亿造价的望远镜看到宇宙的第一束光

它可以观测到大爆炸之后, 宇宙诞生的第一束光。

NASA最黑黑科技,用60亿造价的望远镜看到宇宙的第一束光

微生物 发自 被雾霾遮住星星的北京

北京时间8月12日,具有历史意义的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe)发射成功。

Parker耗资15亿美元,服役期大约在7年左右,它进入了日冕层,离太阳最近距离约为610万公里,而人类之前的记录,还要追溯到1976年太阳神2号创造的4300万公里。

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Parker还是「移动速度最快的人造物体」,放在地球表面,从华盛顿出发,它的速度可以在1分钟内到达东京。

此外,它还有高超热防护系统,由两个碳增强材料复合层构成,中间夹有12cm的碳泡沫。探测器面向太阳的一面能承受高达1377°的高温,保证仪器在约30℃的环境下运转。

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Parker将研究太阳风和日冕层,它的成功,被很多人认为是一次了不起的壮举,是人类文明的突破。

它背后的NASA虽然功不可没,但是但是,NASA还有一个同等重要的超级大项目,在研发了20年后,依然没有上天。

这就是NASA的韦伯望远镜(JWST)计划。

世界最强望远镜

目前人类最高级别的太空望远镜是哈勃,它早在1990年就被放在了太空,在茫茫的宇宙中「单身」了整整26个岁月。

时间的洗礼也让哈勃望远镜频发故障,高昂的维修成本和20多年的技术进步让它到了退休的年纪。

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哈勃太空望远镜

其实,早在1994年NASA就已经将JWST太空望远镜的研发提上了日程,按照当时的计划,它将是一个低成本的新一代望远镜,它由NASA第二任局长,詹姆斯·韦伯的名字来命名的(这局长当的可以)...

从外形上看,哈勃还有望远镜的样子,而韦伯则完全脱离了形态上的束缚,它更像一个宇宙飞船,在一个「飞毯」上架了一个大炮台。

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韦伯望远镜太空概念图

JWST的主反射镜由铍制成,口径达到7.6米,表面附有一层金箔。它的面积是哈勃的两倍,收集光线的能力是哈勃的5倍。

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主反射镜

反射镜下面是一个5层的遮阳板,它能够隔绝外部的热源,保证望远镜获得更好的观测环境。

它的SPF值达到100万,没错,这个SPF就是我们在防晒霜上看到的防紫外线指数,日用品的SPF值一般在30-50左右。

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遮光板,有点像锡纸,用于阻隔高温和光线

JWST内置了更先进的传感器,对于各种宇宙光线和射线更敏感。此外,它在空间距离上也比哈勃走的更远,哈勃离地表不过600多公里,而JWST将被送到离地球150万公里远的深空中,地球与月亮的距离也不过38万公里。

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韦伯将被送到L2这个位置

除了接替哈勃的日常工作外,JWST还能观测宇宙的演变,通过新望远镜,我们可能会看到宇宙大爆炸后的第一束光:-O,看到太阳的诞生过程,甚至可以找到类似地球的行星等。

为了韦伯,NASA擦了20年屁股

在1996年,JWST的预算是1亿美元,计划在2007年发射,后来整个望远镜的成本飙升到了

9.66亿美元

90年代后,美国太空事业的发展就比较曲折,先后经历了资金短缺和航空飞机爆炸事故,新望远镜的建造也一拖再拖。从2011年开始,NASA就计划在今年把JWST送上太空,但最近,这个计划被推迟到了2021年,而且还要追加上百万美元的预算。

最近几个月,大部分焦点集中在望远镜的主要承包商Northrop Grumman身上。 JWST的主要组件目前正在该公司位于南加州的工厂组装,但在过去几个月中,该公司内许多人为错误阻碍了望远镜的开发。

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组转工厂

比如他们使用了不正确的溶剂来清洁燃料阀,还有人在测试期间施加了错误的电压。在最近的一次听证会上,国会议员对Northrop Grumman表示不满,认为承包商应该为其错误赔款。

在听证会上,众议院Dana直言不讳地对Northrop CEO说道: “这是我见过的最烂的工作,纳税人的钱都被你们打了水漂。”

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听证会现场

但在很多专家看来,Northrop只是一个替罪羊,JWST的困境始于计划阶段。由于JWST非常独特和复杂,NASA从一开始就没估计好它将花费多少费用和时间。

“在那个时候,地球上没有人知道如何建立JWST。”太空政策咨询机构PoliSpace的创始人Jim Muncy指出,JWST是一个前所未有的东西,这让建造计划没有先例可以参考。

但从历史来看,NASA做过不少不靠谱的成本预算。这或许和它是个政府部门有关:缺乏商业化的管理和运作,也缺乏足够的市场竞争,让它在产业化和低成本运营上非常低效。

比如哈勃望远镜,它最初预计耗资2亿美元,结果却花了12亿美元。之后,它的镜片又需要修复,又额外追加了10亿美元的维修费用。

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哈勃望远镜拍出的照片

在很多学者看来,NASA从上到下都弥漫着一种过分的乐观的情绪。这种乐观,让NASA不将成本和时间作为衡量成功的标准,它们的标准只有一个:项目成功

活在政府的看管下,花着纳税人的钱,项目中途出现问题,也不会有裁员或者机构倒闭的可能性,NASA所做的就是向政府要更多的钱而已。

这种状态本身存在隐患,假设苹果只考虑打造一款完美的iPhone,但不考虑成本、上市时间,那么这款iPhone一定不会大获成功。

Northrop Grumman目前享有与NASA签订的“成本加成”合同。 这意味着承包商将由政府报销建造望远镜所需的一切,包括从建造到测试航天器所需的人员、设备和服务。

这显然是一个令人无法理解的协议,意味着Northrop犯的任何错误,NASA都得为它擦屁股。

这种承包方法其实有它的历史背景,它可以追溯到冷战时期,当时美国政府和前苏联搞太空竞赛,为了保持自己的卫星发射和登月计划能领先前苏联,美国为NASA的资金开了全绿灯,NASA也因此为私人企业提供了“成本加成”的合同。

但时过境迁,这种合同显然已经不再能适应当下的环境。尤其对比Space X这种私人公司,Space X打造了史无前例的火箭回收技术,大大节省了成本。在商业和市场的运作下,私人航空航天公司体现出了NASA没有的活力。

但Northrop的CEO并不认同这种观点:

固定价格更适合开发以后有更大获利空间的项目。但像JWST这样的仪器,是一次性的,之前没有这种东西,我们也没有研发经验。如果没有成本加成的合同,Northrop几乎不可能从这个项目中获得收益。

尽管如此,Northrop公司可能会因其成本超支而受到影响。

面对压力和质疑,Northrop CEO表示会考虑将其利润投放在JWST上。 如果整个项目不成功,Northrop甚至会考虑放弃任务奖励

先有车,还是先有轮子?

超支的另一个因素是,JWST所需的关键技术,都不是在其构思时创建的。

换句话说,JWST曾是一件科幻的产品,是超越当时技术边界的。

在工程师拿到JWST蓝图之后,他们发现完全没办法下手,于是他们转而去研发新的科技,来为JWST打基础。这其中包括望远镜需要的定位软件、全新的遮阳板材料、全新的感光元件等等。

这些技术从无到有,对资金和建造时间都提出了极大的挑战。NASA的研究员米勒说:

“整个过程都是倒退的。你应该先发明技术然后发明望远镜。但NASA决定先造车,再去发明轮子。”

现在,JWST的预算超支,正在给其他太空项目造成影响。例如NASA正在开发另一个大型太空望远镜WFIRST,由于JWST占用了很多资源,特朗普政府提议取消WFIRST。与此同时,NASA也试图限制其他未来望远镜项目的成本,以避免JWST发生的事情。

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西南以南音乐会上的全尺寸模型

虽然JWST的预算膨胀是一个令人担忧的问题,但NASA的预算依然相对较小。该机构收到的年度联邦预算约占1%,约为190亿美元。

NASA也不是唯一一个成本超支的美国政府机构。例如美国国防部,为了开发F-35战斗机,在原预算的基础上多花了1000亿美元的巨款。

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对比之下,JWST的代价更小,目标也更为纯洁,它不是杀人机器,而是为了看到宇宙诞生的工具。

JWST建好后,它将承担类似《星际迷航》里企业号的使命:为了探索未知的新世界,寻觅新的奇观和秘密,勇敢望向人类足迹从未踏足的领域...


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