俄空間望遠(yuǎn)鏡研制歷程

文/尼莫

▲光譜-UV望遠(yuǎn)鏡想象圖

7月13日，俄羅斯和德國(guó)聯(lián)合研制的光譜-RG（Spektr-RG）空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空。這部X射線望遠(yuǎn)鏡將飛向日地L2軌道開(kāi)展為期6年半的天文觀測(cè)，是俄羅斯空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。蘇聯(lián)/俄羅斯擁有強(qiáng)大的航天實(shí)力，載人航天領(lǐng)域的成就格外出色，而他們?cè)诳臻g天文領(lǐng)域也取得了一定的成就。

蘇聯(lián)空間望遠(yuǎn)鏡姍姍來(lái)遲

歐美日等西方國(guó)家的空間望遠(yuǎn)鏡占據(jù)了我們的大部分視野，其實(shí)蘇聯(lián)在空間天文觀測(cè)上起步也不算晚，但大型空間望遠(yuǎn)鏡卻姍姍來(lái)遲，直到蘇聯(lián)末期才發(fā)射升空。1971年發(fā)射的禮炮一號(hào)空間站上就裝有獵戶座一號(hào)紫外望遠(yuǎn)鏡。這是一臺(tái)口徑0.28米、焦距1.4米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，蘇聯(lián)航天員維克托·帕察耶夫操作這部望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測(cè)。1973年的聯(lián)盟13號(hào)任務(wù)中，聯(lián)盟飛船安裝了獵戶座二號(hào)紫外望遠(yuǎn)鏡，航天員用它獲取了數(shù)千顆恒星的紫外光譜圖。蘇聯(lián)還發(fā)射了預(yù)報(bào)（Prognoz）系列科學(xué)研究衛(wèi)星，研究太陽(yáng)活動(dòng)和地球磁場(chǎng)。1983年7月發(fā)射的預(yù)報(bào)9號(hào)衛(wèi)星還帶有蘇聯(lián)研制的宇宙微波背景輻射研究設(shè)備Relikt-1。蘇聯(lián)還曾計(jì)劃發(fā)射更精密的Relikt-2，但蘇聯(lián)解體讓它永遠(yuǎn)的停留在地面上。

蘇聯(lián)還研制了大型空間望遠(yuǎn)鏡，Astron就是其中的典型代表。1983年3月23日蘇聯(lián)使用質(zhì)子號(hào)火箭發(fā)射了基于第四代火星-金星探測(cè)器（4MV）平臺(tái)的Astron紫外天文望遠(yuǎn)鏡，這部空間望遠(yuǎn)鏡由克里米亞天文臺(tái)和拉沃契金設(shè)計(jì)局聯(lián)合研制，裝有一臺(tái)蘇聯(lián)和法國(guó)聯(lián)合研制的0.8米口徑的紫外望遠(yuǎn)鏡，還裝有X射線望遠(yuǎn)鏡。質(zhì)子號(hào)火箭將Astron望遠(yuǎn)鏡送入傾角48.4度、近地點(diǎn)約3萬(wàn)公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)約18萬(wàn)公里的高橢圓軌道，在地球本影和輻射帶外進(jìn)行天文觀測(cè)。Astron望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)壽命6年，它觀測(cè)了1985年的哈雷彗星回歸以及1987年的SN 1987A超新星爆發(fā)事件。

蘇聯(lián)時(shí)代還使用4MV平臺(tái)研制了另一部大型空間望遠(yuǎn)鏡Granat，它曾被稱為Astron 2望遠(yuǎn)鏡，平臺(tái)由拉沃契金設(shè)計(jì)局生產(chǎn)，觀測(cè)載荷由蘇聯(lián)、法國(guó)和丹麥聯(lián)合提供，是一部大型伽馬射線望遠(yuǎn)鏡。1989年Granat望遠(yuǎn)鏡由質(zhì)子號(hào)火箭發(fā)射升空，進(jìn)入近地點(diǎn)約1760公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)20.25萬(wàn)公里的大橢圓軌道，它的光學(xué)部分為口徑1.2米、焦距2.5米的望遠(yuǎn)鏡，后端探測(cè)儀器包括法國(guó)研制的SIGMA硬X射線望遠(yuǎn)鏡，法國(guó)還提供了PHEBUS伽馬射線暴探測(cè)器和TOURNESOL高能光子探測(cè)器，丹麥提供了4個(gè)X射線觀測(cè)的WATCH載荷用于全天監(jiān)視，蘇聯(lián)IKI研制了ART-P和ART-SX射線譜儀，列寧格勒的艾爾菲物理技術(shù)學(xué)院研制了KONUS觀測(cè)設(shè)備。這部空間望遠(yuǎn)鏡攜帶了7種不同的探測(cè)儀器，觀測(cè)范圍覆蓋了從X射線到伽馬射線，不過(guò)它上天運(yùn)行了不到5年，姿態(tài)控制就失效不得不轉(zhuǎn)為非定向模式，最后于1999年5月主動(dòng)離軌墜入大氣層。

▲Astron望遠(yuǎn)鏡

俄羅斯空間望遠(yuǎn)鏡合作優(yōu)先

▲granat望遠(yuǎn)鏡

俄羅斯繼承了蘇聯(lián)的航天遺產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)寬裕后也試圖在空間天文領(lǐng)域有所作為。俄羅斯2011年發(fā)射了光譜-R空間望遠(yuǎn)鏡。光譜-R望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)10米口徑的射電望遠(yuǎn)鏡，由天頂3F火箭發(fā)射升空，進(jìn)入近地點(diǎn)約1萬(wàn)公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)33.85萬(wàn)公里的大橢圓軌道。光譜-R射電望遠(yuǎn)鏡由拉沃契金設(shè)計(jì)局制造，其可折疊的大型拋物面天線直徑10米、焦距4.22米，表面精度高達(dá)0.5毫米，是目前世界上最大的空間射電望遠(yuǎn)鏡?！肮庾V-R”和地面的射電望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成甚長(zhǎng)基線觀測(cè)網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線電波對(duì)星系核和黑洞進(jìn)行天文物理研究。俄羅斯2016年還使用聯(lián)盟2-1a火箭成功發(fā)射了米哈伊洛·羅蒙諾索夫天文衛(wèi)星，它由米哈伊洛·羅蒙諾索夫大學(xué)研制，是一種發(fā)射質(zhì)量620千克、載荷質(zhì)量170千克的小型伽馬暴和高能宇宙射線研究衛(wèi)星。遺憾的是，雖然它的設(shè)計(jì)壽命為3年，但2018年6月底數(shù)據(jù)傳輸就出現(xiàn)故障，后來(lái)始終沒(méi)有修復(fù)的消息。

▲Granat望遠(yuǎn)鏡

▲折疊中的光譜-R望遠(yuǎn)鏡

▲米哈伊洛·羅蒙諾索夫-伽瑪暴望遠(yuǎn)鏡

2019年1月超期服役的光譜-R空間望遠(yuǎn)鏡失控，5月30日光譜-R任務(wù)正式宣告結(jié)束。幸虧7月X射線觀測(cè)的光譜-RG望遠(yuǎn)鏡升空，俄羅斯空間望遠(yuǎn)鏡的空檔才沒(méi)有延續(xù)。光譜-RG是俄羅斯和德國(guó)的聯(lián)合項(xiàng)目，計(jì)劃在6年半時(shí)間里進(jìn)行巡天掃描，探測(cè)約10萬(wàn)個(gè)星系團(tuán)和約300萬(wàn)個(gè)黑洞，是俄羅斯空間望遠(yuǎn)鏡承上啟下的代表之作。展望未來(lái)，俄羅斯雖然沒(méi)有新的X射線空間望遠(yuǎn)鏡規(guī)劃，但新的空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃仍然雄心勃勃。俄羅斯正在論證名為光譜-M大型空間望遠(yuǎn)鏡，這是一部口徑高達(dá)10米，觀測(cè)譜段覆蓋從亞毫米波到遠(yuǎn)紅外的大型望遠(yuǎn)鏡，被稱為是歐空局3.6米口徑的赫歇爾望遠(yuǎn)鏡的后繼者，主要用于研究宇宙物質(zhì)演化、黑洞和暗能量，未來(lái)打算也發(fā)射到日地L2軌道上?！肮庾V-M”由拉沃契金設(shè)計(jì)局研制，發(fā)射質(zhì)量達(dá)到了6.24噸，不過(guò)在俄羅斯航天預(yù)算不斷削減的窘迫局面下，想要按計(jì)劃在2025年發(fā)射實(shí)在是很不現(xiàn)實(shí)。

▲光譜-UV望遠(yuǎn)鏡示意圖

光譜-UV空間望遠(yuǎn)鏡將是俄羅斯發(fā)射的下一部空間望遠(yuǎn)鏡。它也由拉沃契金設(shè)計(jì)局研制，發(fā)射質(zhì)量只有2.84噸，主要用于在110到320納米的紫外波段進(jìn)行空間天文觀測(cè)，也被稱為世界紫外空間天文臺(tái)（WSO-UV）。冠名“世界”絕非偶然，它是俄羅斯、西班牙和德國(guó)等國(guó)家聯(lián)合研制的產(chǎn)物，最早甚至打算于2007年發(fā)射，現(xiàn)在發(fā)射時(shí)間已經(jīng)推遲到2023年，但國(guó)際合作保證了項(xiàng)目不會(huì)輕易取消。光譜-UV望遠(yuǎn)鏡使用一臺(tái)1.7米口徑的雷奇-克里提恩式望遠(yuǎn)鏡(Ritchey-Chrétien)，后端主探測(cè)載荷高分辨率雙階梯光譜儀（HIRDES）由德國(guó)提供，而巡天無(wú)縫成像光譜儀（ISSIS）由西班牙提供。

縱觀蘇聯(lián)和俄羅斯時(shí)代的空間天文觀測(cè)，蘇聯(lián)起步較早但并沒(méi)有太大的成就，蘇聯(lián)末期連續(xù)發(fā)射大型空間望遠(yuǎn)鏡，但都是國(guó)際合作項(xiàng)目。俄羅斯的空間望遠(yuǎn)鏡不僅受到財(cái)政因素影響，而且更依賴外國(guó)提供的探測(cè)載荷，這也從側(cè)反映了俄羅斯高端工業(yè)某些方面的欠缺。