造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

事實上,太空望遠鏡和航天器都可以使用太空組裝技術來進行組裝。雖然還有很多技術問題的存在,但是大部分的準備工作已完成,而且太空望遠鏡可以在太空中得到維修和升級。機器人和機械臂能夠在這個過程中提供很大的幫助。

出品:太空伊卡洛斯

無論是在地球還是太空,對望遠鏡的需求都是越大越好。但對於巨型太空望遠鏡來說,很難找到合適的發射器,所以它們只能被摺疊放進5米高的發射整流罩。而接下來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是發射太空的最大限制。所以為了更好地探索太空,下一代望遠鏡將在太空中完成組裝。在1990年時,哈勃太空望遠鏡是在發現號航天器中,完成了2.4米反射鏡等設備的組裝。而有著3.5米的主鏡和其他儀器的赫歇爾紅外天文臺,差點放不進Ariane 5 ECA火箭4.6米高的發射整流罩中。超過5米還要會縮骨功,如果是更大的望遠鏡,就需要自帶機械臂了,在軌道上自行進行組裝。


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:韋伯望遠鏡地面組裝完成的模樣,但是在火箭整流罩中可不是這樣


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:韋伯望遠鏡正在進行摺疊“縮骨功”,以便安裝到火箭整流罩中


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”


圖注:初次摺疊之後進行太空環境測試

配有6.5米鏡子和巨大遮陽罩的下一代韋伯太空望遠鏡,也需要經過摺疊放入Ariane 5火箭。當它到達日地拉格朗日L2點時,會開始組裝所有結構。共有40種不同的結構需要經過多達20次的組裝,並保證178個釋放機制都能夠運行。組裝過程中不允許任何失誤,一旦出現差錯則無法挽回。在下一次十年調查中,天文學中最需要解決的難題,以及解決難題所需的設備將成為科學目標。不管怎樣,接下來的望遠鏡肯定是超巨型的,它們很難被摺疊放進5米的發射整流罩內,所以必須要在太空中進行組裝。

韋伯太空望遠鏡和廣域紅外探測望遠鏡,它們將作為哈勃太空望遠鏡的接班者。美國宇航局在2018年5月時,開始使用天基構造方法來研究望遠鏡太空組裝技術,這項研究與多個機構合作,為了找出巨型望遠鏡在太空中組裝的最佳時間和完善該技術。


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:韋伯望遠鏡整合到火箭整流罩中

造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:韋伯望遠鏡在整流罩中的模樣,就像一個會縮骨功的機器

在太空組裝技術幾十年的發展歷史中,最成功的任務便是國際空間站的組裝。該組裝過程長達二十年,經歷過三十多次的獨立組裝,在宇航員和遠程機械臂的共同努力下,所有模塊在空間站中都完成固定。在這個過程中,還有許多技術、硬件等需要改善的地方。哈勃太空望遠鏡也是很成功的例子,在這次組裝過程中,技術和硬件等地方都進行了改良。拋開人類,機器人在國際空間站和哈勃太空望遠鏡的日常維護中,扮演了很重要的角色,它能與運輸用品的太空艙進行對接。

為了解決太空組裝最佳時間的問題,研究人員設計了巨型太空望遠鏡,並在地面將天基構造方法和傳統構造方法進行了對比。它是一個直徑為5-20米的望遠鏡,並能夠看到各種光線的波長,這是目前所有發射整流罩都無法容納的大小。直徑為20米的望遠鏡將被髮射到日地拉格朗日L2點,並且能夠對系外行星進行觀測。像結構框架、望遠鏡鏡段等所有組件,都需要放入5米的發射整流罩中。航天器總線以及其他電子設備和機械臂會被髮射到裝配軌道,接下來,其他組件也會一一進入裝配軌道,機械臂對它們進行組裝。在完成組裝後,能夠用較少的推進劑到達日地拉格朗日L2點,然後望遠鏡就可以開始運行和觀測。


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:哈勃望遠鏡在地面進行摺疊,以便放入航天飛機貨艙內

造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:哈勃望遠鏡在地面進行摺疊,以便放入航天飛機貨艙內

事實上,太空望遠鏡和航天器都可以使用太空組裝技術來進行組裝。雖然還有很多技術問題的存在,但是大部分的準備工作已完成,而且太空望遠鏡可以在太空中得到維修和升級。機器人和機械臂能夠在這個過程中提供很大的幫助。將望遠鏡分成多個部分時,可以節約一些要素的成本,但為了使韋伯太空望遠鏡被放進發射整流罩,工程師需要花費更多成本來建立最輕的釋放機制。在超重型火箭中,極限就是經過摺疊的直徑為15米的望遠鏡,但如果是在太空中組裝,那麼這個望遠鏡的規模就可以無限大。


造價超過90億美元,人類史上最貴的望遠鏡黃金打造還會“縮骨功”

圖注:整流罩中的衛星

在太空中組裝的望遠鏡,因為有機械臂的存在,執行維修和補充燃料任務都非常容易。機械臂在完成任務時會進入休眠階段,直到望遠鏡需要進行維修等操作時才會被喚醒。還有將望遠鏡分成多個部分,可以保證在火箭發射失敗時,機構失去的只有單個組件而不是整個望遠鏡。研究人員表示太空組裝技術與物理定律相符,而且從總體來說,太空組裝技術可以節約很多成本和維修費用。但目前,美國宇航局表示太空組裝技術需要進一步驗證,然後才能夠執行任務。成功發射韋伯太空望遠鏡後,太空望遠鏡就結束了地面組裝的時代,迎來太空組裝的新時代,並且隨著科技的發展,未來的太空望遠鏡的體積將會越來越龐大。


分享到:


相關文章: