美国加利福尼亚州帕萨迪纳——NASA正在规划的下一代旗舰太空望远镜“宜居世界天文台”(HWO),其使命是搜寻那些围绕类日恒星运行的岩质类地行星。但这项任务有一个棘手的技术前提:望远镜部署到距离地球约150万公里的深空之后,工程师必须还得想办法对它进行维修和升级。
在美国天文学会第248次会议期间,NASA天体物理学部主任肖恩·德马加尔-戈尔德曼对Space.com表示:“HWO必须在某种程度上具备可维修性。”这句话点出了一个此前詹姆斯·韦布空间望远镜选择绕过的技术挑战。韦布望远镜同样位于日地拉格朗日L2点,那个距离地球约150万公里的轨道位置,且从一开始就没有设计维修方案。
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哈勃望远镜当年能够被航天员在轨维修,是因为它运行在近地轨道上,与NASA的航天飞机计划在时间线上几乎同步。前NASA航天员、曾任NASA首席科学家的约翰·格伦斯菲尔德回忆说,哈勃在设计之初就被明确要求其电子设备采用模块化方案,“航天员可以把计算机取出来,换一台新的进去;可以把陀螺仪取出来,再装一个新的。”这种思路让航天员能够直接动手组装、修理和维护天文台。但HWO没有这种便利条件。
HWO的目标位置是日地拉格朗日L2点,那里的引力环境让航天器能够与地球保持同步运行,方便通信联络。可问题在于,以人类目前拥有的技术能力,派航天员飞到那么远的地方执行在轨维修任务,即便不是完全不可能,难度也极高。德马加尔-戈尔德曼所说的“必须实现可维修性”,意味着NASA需要找到另一种解决方案——很可能将依赖机器人来执行维修操作,而非派航天员前往。
从任务设计角度看,让HWO具备可维修性,不只是为了延长望远镜的使用寿命。这种设计还将为未来技术接入打开窗口,使天文台能够随着技术进步不断升级。相比单纯搜寻外星生命,HWO的科学目标更宽泛:研究那些可能适宜居住的岩石行星及其大气层,扩展人类对其他世界的认知,同时还能承担一系列其他天文学观测任务。此外,这台望远镜还将搭载伽马射线探测器。
哈勃望远镜的成功经验表明,可维修设计能够极大延长一台空间望远镜的科学产出时间。但哈勃的模式建立在航天飞机和近地轨道这两个条件之上。HWO的挑战在于,它必须在一个机器人更有可能承担主角的深空场景下,重新定义“可维修”的含义。NASA目前面对的,是介于过去成功经验和未来技术能力之间的一个现实难题:设计目标已经定下,具体怎么修则还没有现成答案。
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