探測宇宙的年輪

+ 劉進軍

導讀：上個世紀的蘇聯，曾經是世界第一的航天強國，就連美國都屈居第二。蘇聯曾經提出若干建設大型太空望遠鏡的設想，以期更多地了解宇宙的秘密，然而隨著國家的動蕩瓦解，這些計劃也都或多或少地被擱置或者被消減，雖然其中有部分在俄羅斯度過經濟動蕩時期之后得到重啟，但是曾經的優(yōu)勢已不復存在。

今天，我們就來認識一下那些命運多舛的太空望遠鏡：蘇聯的“斯皮卡”（Spika）紫外望遠鏡，以及在1980年代末期由蘇聯提出、后由俄羅斯實現的三大“偉大的觀測臺”計劃：“頻譜-射電”號、“頻譜-X射線”號和“頻譜-紫外”號太空望遠鏡。

“斯皮卡”紫外望遠鏡

宇宙的奧秘就鎖在宇宙里！如何找到正確的密碼？

當下，天文學正在經歷一個非常令人興奮的時代。人類看到的各種現象都與宇宙密切關聯，但人類看見的宇宙只有很小一部分。太空望遠鏡回答宇宙奧秘的時刻已經來到。

人類的眼睛無法觀察到宇宙的射線，例如無線電波、紅外線、X射線。20世紀中期，天文學得到迅速發(fā)展，人類發(fā)現：宇宙是一個更多樣化、更動態(tài)的世界。

蝴蝶星云

1983年3月，蘇聯發(fā)射了與法國合作開發(fā)的太空天文觀測臺——“斯皮卡”（Spika）。這架太空望遠鏡載有一臺紫外望遠鏡，主鏡直徑為0.8米。這個項目由克里米亞天文物理觀測站負責人安德烈·塞佛尼領導的一個團隊負責，塞佛尼和他的同事博亞爾丘克和格拉尼斯奇將項目推進到開發(fā)階段。

這時，阻礙出現了?！八蛊たā表椖恐饕邪汤制踅鹪O計局的首席設計師維恰斯拉夫·庫沃圖恩科對天文觀測臺項目持懷疑態(tài)度，拉沃契金設計局也經常在科學界詆毀天文衛(wèi)星項目計劃。塞佛尼知道，僅憑自己的力量難以左右蘇聯最著名的設計局。他想了一個妙招：向蘇聯共產黨中央委員會寫了一封游說信，講述天文衛(wèi)星和宇宙探索的偉大意義、前景和影響。果然，這一招一擊致命，基本上迫使庫沃圖恩科遵守計劃，老老實實地研制“斯皮卡”太空望遠鏡。最終，“斯皮卡”成功發(fā)射入軌。

太空鉆戒——Arp 147星系

螺旋星系

非常幸運的是，“斯皮卡”太空望遠鏡觀測到了壯觀的1987A號超新星的爆發(fā)，舉世聞名、意義重大。不幸的是，“斯皮卡”號的科學有效性受到克里米亞半島葉夫帕托里亞地區(qū)單一地面接收天線數量的限制。結果，來自“斯皮卡”號的科學數據被來自西方“國際紫外線（IUE）”探測器的數據淹沒了，后者主鏡直徑只有“斯皮卡”號直徑的一半，但數據接收由位于美國哥達德太空飛行中心的一對地面天線和位于西班牙的“維拉·弗蘭卡”天線支持，更容易獲得更多的數據。這讓蘇聯科學家非常沮喪。

來自“斯皮卡”的數據被存儲在一個集中的檔案中，這讓世界各地的科學家更容易獲得來自蘇聯航天器的信息。

1989年6月，“斯皮卡”號停止了積極的工作。在那個時候，蘇聯科學家設想了一個更大的紫外望遠鏡，稱為“頻譜-紫外（Spektr-UF）”太空望遠鏡。

“頻譜-射電”太空望遠鏡

這一次，俄羅斯天體物理學家希望能夠真正主導一個國際天文觀測領域，與來自全世界的科學家分享廣泛和豐富的天文數據。然而，美好的夢想路途艱難，由于各種原因，“頻譜-紫外”項目幾次生而復死，幾次死而復生，一再拖延。科學，在磨難之中艱難前行。（關于“頻譜-紫外”號，后文將開辟專門的章節(jié)描述。）

“頻譜-射電”太空望遠鏡

如果將一座天文臺送到太空多好啊!

如果能在太空中觀測宇宙那就更好了!

為此，1980年代末期，蘇聯提出了三大“偉大的觀測臺”的計劃：“頻譜-射電”號、“頻譜-X射線”號和“頻譜-紫外”號。

·“頻譜-R”(Spektr-R)射電太空望遠鏡，或稱為射電軌道天文臺、射電太空天體物理觀測臺；

·“頻譜-RG”(Spektr-RG，Rentgen)X射線太空望遠鏡，或稱為X射線軌道天文臺、X射線太空天體物理觀測臺；

·“頻譜-UF”(Spektr-UF，Ultraf i olet)紫外太空望遠鏡，或稱為紫外天文臺、紫外太空天體物理觀測臺；

其中，“頻譜-R”太空望遠鏡,也稱為“頻譜-射電”太空望遠鏡，由俄羅斯太空天文中心開發(fā)，俄羅斯拉沃契金科研生產聯合體研制，是進入21世紀后俄羅斯第一個天體物理學航天器、第一顆太空望遠鏡。“頻譜-射電”太空望遠鏡的目標是偵聽來自宇宙的無線電波。它承載著開創(chuàng)全新一代太空天文臺，并啟動俄羅斯的太空天文學研究的重任。

1、研制之路

“頻譜-射電”太空望遠鏡的偉大設想可以追溯到1980 年代初。當時，蘇聯是世界第一的航天強國，其發(fā)射的火箭、衛(wèi)星、飛船、空間站、太空探測器等航天器總數，占世界總發(fā)射量的70%。位居第二的美國，無論航天技術實力還是衛(wèi)星數量上都與其相差甚遠。

但在這些發(fā)射中，軍事衛(wèi)星占70%以上，天文科學家則認為：宇宙探索是世界上最偉大的科學任務，比那些毫無科學價值的軍事衛(wèi)星更有意義，對人類貢獻更大。但當蘇聯天文科學家向政府建議建造太空射電望遠鏡時，得到的回答是：“地球上的事情重要，還是遙遠的宇宙中的事情重要？”蘇聯天文科學家只好低下頭回答：“當然地球上的事情重要?！?/p>

“回去吧！想想怎樣把資本主義消滅掉！”“那太空射電望遠鏡的事……”“等咱們讓共產主義的旗幟在全世界飄揚后，你那個什么太空射電望遠鏡就可以建造了！”

然而沒過幾年，蘇聯便分崩離析，太空射電望遠鏡項目更再也沒有人提起。十多年后，俄羅斯的經濟稍有恢復，天文科學家才又提議建造太空射電望遠鏡。

2002年，俄羅斯科學院給了天體物理學的先鋒——“頻譜-射電”太空望遠鏡最高優(yōu)先級。它的發(fā)射時間定在2004年～2006年，不遲于2007年，預計在2008年擊敗美國和日本的類似任務。由于俄羅斯航天工業(yè)的技術和組織問題重重，研發(fā)資金也時有時無，研制進展緩慢。天文學家們只能望向遙遠的星空哀嘆！

終于，2011年7月18日2時23分，“頻譜-射電”太空望遠鏡搭載“天頂-巡洋艦”火箭，從拜科努爾航天中心成功發(fā)射升空。從提出到最終發(fā)射，經歷了坎坷的近30年。

2、衛(wèi)星設計

“頻譜-射電”太空望遠鏡以超高分辨率的射電觀測河外星系,以及研究近地和行星際等離子體的特性。其主要科學目標是進行天文學研究，這將通過將衛(wèi)星與地面觀測站和干涉測量技術結合使用而實現。另一個科學目標是研究天體物理學和宇宙學，包括恒星的形成、星系的結構、星際空間、黑洞和暗物質等。

“頻譜-射電”太空望遠鏡發(fā)射重量3660千克，科學儀器重量2500千克。像所有俄羅斯的太空望遠鏡一樣，“頻譜-射電”號基于標準“導航器”衛(wèi)星平臺構建。帶有大型射電天線的“導航器”衛(wèi)星平臺，為太空望遠鏡提供所有飛行控制和電源功能，科學儀器載荷被包裝在2個容器中，安置在天線和“導航器”衛(wèi)星平臺之間。

“頻譜-射電”太空望遠鏡參數

“頻譜-射電”號的天線直徑10米，像一支巨大的雨傘，由27片碳纖維“花瓣”組成，分為3個部分，每個部分有9片“花瓣”。“花瓣”圍繞著直徑為3米的固體支架。當天線打開時，反射面必須保持其位置在預定曲線的兩毫米誤差內，仰望和掃描太空。10米射電望遠鏡將以4個不同頻段的無線電波工作，可以同時聽到2個頻率的無線電波源。

在折疊位置，天線由特殊的彈簧圓環(huán)固定在衛(wèi)星底座上。圓環(huán)剛好位于饋源的下方，同時，每個花瓣配備有一個特殊的鉤子，并且具有27個球形插座的鎖。怎樣打開天線呢？當激活3個爆炸螺栓時，圓環(huán)將被彈簧向上推開，旋轉并釋放和打開“花瓣”。不同空間條件下，衛(wèi)星將使用電機按順序展開所有“花瓣”，這個過程可能從15分鐘到2個小時不等。

天線部署順序具有2種不同的模式：一種是標稱部署，施加600千克的載荷；一種是緊急部署，在出現問題的情況下，施加1200千克的載荷，以打開“花瓣”。當接近打開完成時，一個特殊的傳感器將確認“花瓣”是否達到永久固定的位置。然后，打開機構將據此進行最終推動，觸發(fā)用于將“花瓣”固定在操作位置的信號，“花瓣”遂通過其邊緣的特殊針腳相互鎖定。

“花瓣”框架由碳纖維管制成，碳纖維管表面覆蓋3層碳纖維薄膜與鋁蜂窩的合成物。

9個連接螺栓將實心中央反射鏡固定到傾斜的桁架上。傾斜桁架是由鋁合金制成的圓柱形肋結構，作為射電望遠鏡的基本結構元件，支撐著所有的花瓣、中央鏡、饋源的6個支撐腿和所有展開設備。此外，星敏感器也連接到桁架，以減少熱變形的影響。

科學家設計了覆蓋反射面的薄鋁涂層，以使其具有98%的反射率。為了減少天線的熱變形，“花瓣”框架的碳纖維管將采用特殊加熱元件以保持50℃，每個“花瓣”都具有縱向均勻分布的11個這樣的加熱器。根據任務要求，天線的主表面不應暴露于陽光下，因此在背面，“花瓣”的熱隔離屏蔽多達50層。

饋源系統(tǒng)高于主天線盤。它由碳復合材料制成，由特殊材質的6個“腿”支撐，它容納了望遠鏡的所有無線電接收器。附著在饋源上的遮陽棚，會保持饋源的敏感系統(tǒng)足夠冷卻，以便操作。

“頻譜-射電”號最遠距離地球34萬千米，為了保持與地球的通信聯系，具有1.5米直徑、重約80千克的碳纖維高增益天線通過稱為VIRK的專用可伸縮懸臂，被安裝在導航器平臺的底側。天線在2個方向上發(fā)送數據，并且用于幫助同步望遠鏡與地面的頻率。此外，導航器平臺上還安裝了幾個較小的低增益天線。

“頻譜-射電”號由一對太陽能帆板提供電力。這些太陽能帆板可以圍繞單個軸線旋轉，以最大化接收太陽光。太陽能帆板由列舍特涅夫信息衛(wèi)星系統(tǒng)公司開發(fā)，留里卡-土星設計局提供光伏元件。

為了確定太空望遠鏡在太空中的位置及姿態(tài)，“頻譜-射電”號配備了3個星敏感器，這樣的星敏感器只需2個，便足以使星載計算機控制衛(wèi)星在所有三個維度的位置。在任務期間，一個特殊的反作用輪系統(tǒng)被用來保持“頻譜-射電”號的姿態(tài)控制。

“頻譜-射電”號的天線與“花瓣”

3、國際合作

“頻譜-射電”太空望遠鏡并不獨立工作，當它在太空中運行，將與地面的射電望遠鏡聯合偵測，形成一個巨大的虛擬望遠鏡。由于無線電波的波長很長，射電望遠鏡的反射鏡必須非常大，才能把波集中在很好的分辨率上，這對捕捉深藏在宇宙中的無線電來源特別重要。天基和地面望遠鏡的網絡，可以形成一個比地球本身更大的巨型收集器，達到前所未有的信號清晰度。

這個設計方案非常有吸引力！俄羅斯專家預計：澳大利亞、智利、中國、歐洲、印度、日本、韓國、墨西哥、白俄羅斯、南非、烏克蘭和美國的地面天文望遠鏡都會加入“頻譜-射電”太空望遠鏡計劃，采用一種稱為甚長基線干涉測量(VLBI)的技術，進行最精密的天文觀察。

“頻譜-射電”太空望遠鏡的科學載荷是來自國際團隊的高科技精密儀器。其中包含：印度的星載紫外頻譜儀，澳大利亞的無線電接收機，歐空局的巨型天線，荷蘭提供真空設備的力學試驗室，瑞士納沙泰爾天文臺的超高精度銣時鐘。

衛(wèi)星的其它部分同樣體現了國際合作：印度提供92厘米的P頻段接收器的低噪聲放大器，澳大利亞提供18厘米的L頻段接收器，荷蘭、德國宇航公司提供6.2厘米的C頻段接收器，芬蘭赫爾辛基大學提供1.35厘米的K頻段接收器，美國提供K頻段接收機。

“頻譜-射電”號實現了俄羅斯天文科學家的夢想，俄羅斯的列別捷夫物理研究所、天文航天中心、俄羅斯科學院的科學家參與了“頻譜-射電”太空望遠鏡項目，他們領導超一流的國際團隊，見證了射電天文學、太空時代的黎明光輝。

4、發(fā)射升空

2011年7月18日2時23分，“天頂-巡洋艦”火箭載著“頻譜-射電”太空望遠鏡，從拜科努爾航天中心發(fā)射升空?！邦l譜-射電”號進入近地點10651.6千米，遠地點338541.5千米，軌道傾角42.46°，軌道周期12769.93分鐘，平均運動0.1126轉/天的大橢圓軌道。

當“天頂”號火箭發(fā)射后不久，“巡洋艦”上面級將“頻譜-射電”號從500千米的最近地點發(fā)送到34萬千米的最遠地點，形成34萬千米高度的圓形軌道。這將確保衛(wèi)星在軌運行至少9年，它將永遠不會在地球的陰影中超過2個小時。

“頻譜-射電”太空望遠鏡測試

“頻譜-射電”號34萬千米遠地點與38萬千米的月球軌道相近，將在很多方面考驗俄羅斯飛行控制人員深空任務的技術和智慧。由于月球的引力，“頻譜-射電”號的軌道預計以3年為周期來回漂移，在距地球26.5萬千米～36萬千米點之間波動，近地點在400千米和6.5萬千米之間。它8～9天完成一次環(huán)繞地球。

這種漂移會大大擴展“頻譜-射電”號望遠鏡的視野。據估計，“頻譜-射電”號在一個點或其他點，將“查看”高達80%的潛在目標?！邦l譜-射電”號計劃在軌道上度過最初的45天，通過工程調試，包括部署主要天線，各種系統(tǒng)檢查和通信測試。

其次是科學調試測試，這涉及到主要地面望遠鏡。在此期間天文學家希望從“頻譜-射電”號接收到第一個科學信息，在此后3～6個月，“頻譜-射電”號將進行初步的科學觀察。隨后，“頻譜-射電”號正式展開常規(guī)科學觀測計劃。在每一個為期8天的軌道周期內，“頻譜-射電”號至少有7天在致力于科學觀察。

在“頻譜-射電”號最初預計將運行至少5年。它的星載系統(tǒng)的壽命主要限制因素是：在“頻譜-射電”號穿越地球輻射帶期間，宇宙輻射的破壞作用。同時，專家預測了“頻譜-射電”號的實際壽命，軌道衰減約9年。當結束生命時，“頻譜-射電”號將再入地球大氣層，在烈火和呼嘯中粉身碎骨。

“頻譜-射電”太空望遠鏡協(xié)同觀測任務中，位于俄羅斯普希諾天文臺22米“RT-22”射電望遠鏡承擔主要跟蹤任務。莫斯科熊湖附近的Medvezhi Ozera地面站，俄羅斯遠東地區(qū)的Ussuriysk地面站將負責這次任務的飛行控制。在阿雷西博、Badary、斯伯格、GBT、醫(yī)學、Noto、Svetloe等地面望遠鏡，Zelenchukskaya的“RATAN-600”射電望遠鏡也將參加頻譜-射電”太空望遠鏡的聯合觀測。

“天頂-巡洋艦”火箭飛行時序

經歷了30多年的歷史災難、經濟問題和社會的犬儒主義，俄羅斯天體物理科學第一次進入太空。到2016年2月24日23時21分29秒，“頻譜-射電”號已經環(huán)繞軌道飛行了197圈。它為俄羅斯和全世界打開了一個嶄新的宇宙！

“頻譜-X射線”太空望遠鏡

“頻譜-X射線”（Spektr-RG）號太空望遠鏡是當年蘇聯三個“偉大的觀測臺”項目之一,由俄羅斯太空天文中心開發(fā)，俄羅斯拉沃契金科研生產聯合體研制。

1、研制之路

當年，蘇聯科學院天文學部的拉什德·斯園亞耶夫院士提出：必須建造一架“頻譜-X射線”號太空望遠鏡?！邦l譜-X射線”號（Spektr-RG），其中RG代表倫琴-伽馬（Roentgen-Gamma），也就是X射線。它是為天體物理學研究而設計的，拉什德·斯園亞耶夫院士之前領導了一個科學家小組，利用“和平”號空間站進行天文學觀測，成果巨大。

“頻譜-X射線”號太空望遠鏡

“頻譜-X射線”號太空望遠鏡的概念是在1987年的科學研討會上制定的?？茖W研討會認為：蘇聯發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星已30周年，現在也應該研制一架超時空的太空望遠鏡，讓蘇聯的科學研究永遠走在世界最前列。蘇聯最有傳奇色彩的科學院院士、天體物理學家、理論物理學家雅科夫·澤爾多維奇和俄國太空研究所所長沙杰迪夫與斯園亞耶夫院士一起，站在太空望遠鏡計劃的最前沿。

“頻譜-X射線”號太空望遠鏡將擴大X射線天文學的視野。它完全可以成為蘇聯和全世界天文學家觀測宇宙的主要窗口。然而，研討會后沒幾年，蘇聯解體，俄羅斯過渡時期的經濟風暴，不斷拖延和削弱了“頻譜-X射線”號太空望遠鏡的進展。

1990年代中期，“頻譜-X射線”號太空望遠鏡計劃涉及廣泛的國際合作，包括來自丹麥、英國、德國、意大利、美國、芬蘭、瑞士、以色列、匈牙利、吉爾吉斯斯坦、加拿大和土耳其等20多個國家和組織。

按照計劃，這架6噸重的太空望遠鏡將攜帶2750千克科學儀器，包括5架望遠鏡：SODART、JET-X、MART-LIME、FUVITA和TAUVEX，以及對X射線和伽馬輻射敏感的全天空監(jiān)視器（MOXE）。由“質子”火箭將其運載到距離地球表面上方20萬千米遠的、近地點500千米、傾角51.6°的高橢圓軌道上。在那里，“頻譜-X射線”號可以一次工作長達80小時，并且沒有地球輻射帶的干擾?！邦l譜-X射線”號需要4天才能完成一個單軌道，每天可以指向多達10個不同的目標。

除了極大的政治壓力，財政困難的俄羅斯政府最終未能為該項目提供資金。各合作伙伴的許多科學儀器和其他硬件已進入制造和測試，而“頻譜-X射線”號項目啟動日期卻從1996年推遲到1997年、1998年、1999年，又到2000年、2002年和2003年，科研資金不斷下降，直到最終在2002年2月被宣布項目計劃中止。

作為對國際合作伙伴損失的“賠償”，俄羅斯政府提供了一枚“質子”火箭，用以發(fā)射一個類似的歐洲太空望遠鏡，名為“國際伽瑪射線天體物理學實驗室（INTEGRAL）”的天文衛(wèi)星。

俄羅斯一些參加了“頻譜-X射線”號項目的科學家，甚至決定“跳船”，加入歐洲“國際伽瑪射線”項目，歐空局向俄羅斯的合作伙伴提供了25%的觀察時間。具有諷刺意味的是，歐洲的“國際伽瑪射線”天文臺也正是在2002年順利發(fā)射升空。

就在大家以為“頻譜-X射線”號太空望遠鏡可能要就此進入博物館的時候，“頻譜-X射線”號重生了。隨著21世紀頭十年俄羅斯財政狀況的改善，“頻譜-X射線”號重新成為一個更小、更便宜的項目，被列入俄羅斯太空天文臺發(fā)射的最高優(yōu)先級，被安排到“頻譜-射電”太空望遠鏡的后面。這2顆衛(wèi)星都將改為使用拉沃契金設計局研制的新標準衛(wèi)星平臺——“導航器”衛(wèi)星平臺。

2005年，俄羅斯宇航局與歐空局開始討論在“頻譜-X射線”號上安裝一對歐洲儀器的可能性，包括德國的eRosita X射線望遠鏡陣列和英國“龍蝦眼”全天空X射線監(jiān)視器。最初，這2種儀器被考慮安裝在國際空間站的歐洲“哥倫布”艙段上。然而，國際空間站的周圍環(huán)境容易污染載荷中的敏感光學器件，又因為美國航天飛機計劃的過早消亡，使科學家們不得不尋找更適合的方案。

為了解決這個問題，俄羅斯成立了國際工作組，由俄羅斯太空研究所、德國馬克斯·普朗克研究所、英國萊斯特大學，以及歐洲、俄羅斯和德國太空機構的代表組成。國際工作組評估了各種方法來集群可用的科學儀器，并且考慮納入美國、日本、荷蘭團隊建造的另一架望遠鏡。最終，由于英國缺乏資金，“龍蝦眼”也未能進入載荷名單。

2012年，經過反復多次的變化和修改，“頻譜-X射線”號最終定型。它的發(fā)射重量2647 千克，凈重2267千克，推進劑重量大約360千克，科學儀器重量1100千克；采用“導航器”衛(wèi)星平臺；2片太陽能帆板和電池，電力700瓦；設計壽命7.5年。

2、載荷及科學意義

“頻譜-X射線”號所搭載的科學儀器是：德國慕尼黑的馬克斯·普朗克研究所開發(fā)的eRosita X射線空間望遠鏡，重量350千克；俄羅斯薩哈羅夫市核研究中心開發(fā)的“ARTXC”掩碼望遠鏡，重量810千克。

盡管只有2臺科學儀器，“頻譜-X射線”號卻有可能獲得高能天體物理領域的革命性數據。以前的X射線望遠鏡，如歐洲“牛頓”X射線望遠鏡和美國宇航局的“錢德拉”X射線望遠鏡，只配備儀器與狹窄的視角?！邦l譜-X射線”號則不同 ，德國的eRosita X射線空間望遠鏡提供靈敏度的整個范圍廣角視圖、及俄羅斯的“ART-XC”掩碼望遠鏡的低能量水平，將擴展天空廣角調查。

“頻譜-X射線”號的探測靈敏度和探測深度將比之前的科學儀器提高30 倍，可以用于解譯宇宙中的X射線源，如黑洞、中子星和白矮星。

“頻譜-X射線”號將產生一份X射線源目錄。它不僅能夠研究銀河系星團的分布，還能夠檢測研究整個宇宙多達 70萬顆恒星和300 萬個超大質量黑洞，以及銀河系的罕見天體，如孤立的中子星?！邦l譜-X射線”號還可以窺見“暗物質”的熱氣體的輻射，為這個神秘的物質描繪其在宇宙各處的分布圖。

“頻譜-X射線”號計劃任務周期為7年，前4年中，將對整個天空執(zhí)行8次巡天觀測；接下來的3年，“頻譜-X射線”號將觀察特定的目標，如單個星系。

3、軌道及發(fā)射計劃

科學家們認為，日地連線上的“拉格朗日-L2”點將是“頻譜-X射線”號任務的理想地點。這個天體“鄰域”為“頻譜-X射線”號提供了“安靜”的重力和磁條件，沒有許多擾動，也沒有薄空氣的痕跡使低空軌道中的航天器減速，僅輕微顆粒的微小“壓力”，每月僅需要姿態(tài)控制系統(tǒng)動作一下。

“頻譜-X射線”有效載荷的功能

而“頻譜-X射線”號的軌道及發(fā)射方案也是幾經易稿，一改再改。初步的發(fā)射計劃是，“天頂-2/巡洋艦-SB”火箭將攜帶“頻譜-X射線”號進入圍繞地球的高度橢圓軌道，近地點為491千米，最遠地點為41.1490萬千米，向赤道傾斜51.4°。從那里，“頻譜-X射線”號將使用自己的推進系統(tǒng)和月球的重力牽引，以進入在地球和太陽之間的“拉格朗日-L2”點。

然而，到2012年中，發(fā)射方案被建議改為直接飛往“拉格朗日-L2”點，這樣有利于給予任務控制更多的時間來評估發(fā)射之后航天器的實際路徑，并計算到達最終目的地所需的軌道校正量。俄羅斯宇航局介紹方案稱：“巡洋艦-SB”火箭將在發(fā)射后1.6小時內，2次點火，將“頻譜-X射線”號發(fā)射到最低的近地點軌道，高度為1020千米，最高點延伸到141.5510萬千米。這樣基本上接近目標“拉格朗日-L2”點。

不管何種方案，“頻譜-X射線”號都可能是第一個到達“拉格朗日-L2”點的俄羅斯航天器，這被認為對新一代科學任務具有巨大的意義。

最終，據俄羅斯應用數學研究所的計算認為，直飛方案能夠最大程度節(jié)約推進劑，而對應的發(fā)射窗口將在2014年12月30日，機會極為寶貴！

但因為各種原因，計劃最終還是推遲了。到2015年底，俄羅斯宇航局為“頻譜-X射線”號太空望遠鏡已花費了56.9億盧布，近1億美元。時過境遷，待發(fā)射時，“頻譜-X射線”號已不再是最強大、最精確的X射線太空望遠鏡了。

截止2018年年中，發(fā)射日期確定為2019年4月。屆時，“頻譜-X射線”號太空望遠鏡將搭乘烏克蘭“天頂-3F”火箭，從拜科努爾航天中心發(fā)射升空。它能看見行星際磁場、星系和黑洞嗎？科學家期待著。

“頻譜-紫外”太空望遠鏡

地球大氣具有過濾效應，阻擋了大多數電磁波譜，包括紫外線。因此，自1970年代以來，紫外線的觀測更多被委托給運行在大氣層之外的天文臺——太空望遠鏡來負責。

“頻譜-X射線”號的望遠鏡

“頻譜-X射線”號太空望遠鏡

“頻譜-紫外”號太空望遠鏡便是一個紫外線觀測天文衛(wèi)星，它能夠“看”到宇宙中的紫外線和可見光，觀測宇宙中出現的戲劇性現象,也被稱為世界太空紫外線天文臺。憑借出色的紫外線視覺，“頻譜-紫外”號將在天體物理學中推動2個關鍵領域的研究進展：行星和行星系統(tǒng)的形成，以及星際和星際介質的宇宙學和化學演化。

1、作用及價值

“頻譜-紫外”太空望遠鏡的科學能力在當時是任何其他儀器無法比擬的。盡管它的物理尺寸比“哈勃”太空望遠鏡小，但所搭載的紫外線儀比“哈勃”太空望遠鏡敏感一個數量級。

計劃中，“哈勃”太空望遠鏡的繼任者——“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡，由美國宇航局和歐空局資助，將與“頻譜-紫外”太空望遠鏡展開聯合觀測?！绊f伯”太空望遠鏡在紅外光譜范圍內進行觀測，紫外光的觀測則交給“頻譜-紫外”太空望遠鏡。

“頻譜-紫外”太空望遠鏡由俄羅斯太空天文中心開發(fā)，俄羅斯拉沃契金設計局研制。它最終確定的發(fā)射重量為2840千克，科學儀器重量1600千克；長度9.604 米，最大跨度17.05米；2片6聯太陽能帆板和電池，電力750瓦；科學數據下行鏈路速率高達4兆字節(jié)；設計壽命7年。

“頻譜-紫外”太空望遠鏡將搭載一架俄羅斯制造的“T-170M”望遠鏡，直徑為1.7米，視角0.5°，焦距17米?！癟-170M”望遠鏡捕獲的光將被引導到3個光譜儀，對102～310納米的波長特別敏感。它們記錄來自宇宙等離子體的輻射，具有幾萬開爾文的溫度和所有重要原子和分子，如H2、CO、OH等的原子的躍遷線。這種能力將允許一個國際科學家團隊研究星系的形成，分析太陽系外的行星和原行星盤的大氣。

“頻譜-紫外”太空望遠鏡配備3臺科學儀器：高分辨率雙光譜儀，55000光譜102～320nm范圍內；長狹縫低分辨率光譜儀，光譜在102-320nm范圍內，包括3個通道：高靈敏度遠紫外通道、遠紫外通道和近紫外通道；成像與無裂隙光譜儀，進行天文物體的紫外和光衍射有限成像。

在任務的頭2年，“頻譜-紫外”號太空望遠鏡將花費40%的觀測時間用于執(zhí)行俄羅斯科學委員會編制的“基本觀測程序”。50%觀測時間將在“頻譜-紫外”號項目成員國的天文學家之間分配，與其國家的投資成比例。最后，剩余的10%觀測時間將用于“開放”方案，以履行科學委員會在非參與方要求中選定的“未決”建議。

“頻譜-紫外”號太空望遠鏡

2012年,科學家正在組裝“頻譜-紫外”太空望遠鏡。

截至2011年，西班牙、德國和烏克蘭科學家宣布參加這次任務。“頻譜-紫外”號的飛行控制和科學數據接收設施將部署在俄羅斯和西班牙。在2007年～2011年期間，哈薩克和俄羅斯的宇航官員討論了哈薩克斯坦可能建造的地面站，用于接收和處理來自“頻譜-紫外”號的數據，作為哈薩克斯坦對該項目的貢獻。

2、研制歷程

“頻譜-紫外”號太空望遠鏡像大多數蘇聯太空項目一樣，經歷了由于資金問題和俄羅斯太空計劃中不斷變化的優(yōu)先順序造成的痛苦、成見和延誤。

2004年，俄羅斯開始投入資金，承諾在2008年將“頻譜-紫外”號發(fā)射到日地連線上、地球外側約150萬公里處的“拉格朗日-L2”點上運行。在該位置，“頻譜-紫外”號將避免恒定地穿過地球和行星的陰影，并且因此避免超精細光學器件發(fā)生較大的溫度波動。

然而，在“拉格朗日-L2”點上部署航天器，將需要一個以上的地面站來完成控制任務。這將不可避免地導致整個項目具有較高成本。

于是2006年，“頻譜-紫外”號的運行軌道被更改為高度35786千米、軌道傾角51.6°的地球同步軌道，計劃于2011年年底搭乘“天頂-3M/巡洋艦-SB”火箭升空，執(zhí)行為期10年的使命。另外，俄羅斯甚至還考慮使用更便宜的中國“長征-3B”火箭。

2009年，俄羅斯宣布：“頻譜-紫外”號發(fā)射任務最早于2013年執(zhí)行，但關鍵硬件尚未準備好，也沒有地面基礎設施來測試這些系統(tǒng)。此外，因德國無法為一對紫外光譜儀提供資金，使項目沒有了關鍵儀器。而且，“導航器”衛(wèi)星平臺的裝配預計到2010年才開始。

2010年，“頻譜-紫外”號項目再次推遲到2014年，甚至這個日期是根據最樂觀的情況估計的。到2011年7月，俄羅斯宇航局新局長弗拉基米爾·波波金說：“頻譜-紫外”號有希望在2015年發(fā)射。2012年，俄羅斯宇航局下令為“頻譜-紫外”號制造“質子-M/微風-M”火箭，完成日期為2014年11月，從而改變了“天頂”火箭發(fā)射計劃。

同年10月17日，拉沃契金設計局宣布：“頻譜-紫外”號已經完成了天線系統(tǒng)的測試，并完成了整體的結構、靜態(tài)、振動、熱控制系統(tǒng)和運輸負載等測試。經過多年的延遲，“T-170M”望遠鏡的飛行版本也正在制造。同時，俄羅斯科學院天文學研究所正在研究科學光譜儀和相關電子設備，計劃于2013年交付拉沃契金設計局。

此時麻煩又來了！2014年，俄羅斯侵占烏克蘭的克里米亞，爆發(fā)俄烏危機，甚至戰(zhàn)爭?！邦l譜-紫外”號項目隨即面臨兩國關系惡化導致的新障礙——烏克蘭方無法繼續(xù)參與研制，盡管雙方的科學家更愿意繼續(xù)合作。

更重要的是，西方的禁運政策限制了“頻譜-紫外”號關鍵部件的進口?！邦l譜-紫外”號上的主光譜儀配備了最先進的紫外線探測器，相關硬件需要從位于英國的e2v公司購買，而e2v公司又依賴美國的組件。

2016年,拉沃契金設計局在組裝“頻譜-紫外”太空望遠鏡的聚焦結構。

“頻譜-紫外”號太空望遠鏡效果圖

從1995年到2016年，“頻譜-紫外”號的發(fā)射重量從5870千克降到2800千克，有效載荷重量從2500千克降到1600千克；長度從12.5米降到9.6米；運行軌道從“拉格朗日-L2”點改為傾角51.6°的地球同步軌道；設計壽命從10年變?yōu)?年；數據下行鏈路速率卻從2兆字節(jié)飛升到4兆字節(jié)。變化之大，讓人大跌眼鏡。

2016年8月，俄羅斯電視頻道宣布：拉沃契金設計局為“頻譜-紫外”號定制“導航器”衛(wèi)星平臺和開發(fā)“T-170M”望遠鏡取得了良好進展。然而，“頻譜-紫外”號的科學儀器的開發(fā)仍然存在許多問題，甚至到2021年能否發(fā)射仍然是一個謎。