歐空局“歐幾里得”空間望遠(yuǎn)鏡在其發(fā)射之旅中達(dá)到了另一個(gè)里程碑，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡的兩臺(tái)儀器現(xiàn)在已經(jīng)建成并進(jìn)行了全面測(cè)試。這些已經(jīng)交付給位于法國(guó)圖盧茲的空中客車防務(wù)和太空公司，在那里它們正在與望遠(yuǎn)鏡集成，以形成任務(wù)的有效載荷模塊。歐幾里得望遠(yuǎn)鏡由一個(gè)1.2米長(zhǎng)的鏡面望遠(yuǎn)鏡組成，它被設(shè)計(jì)成同時(shí)工作在可見光和近紅外波段。
歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將從遙遠(yuǎn)的宇宙物體收集光線，并將其傳送到兩臺(tái)儀器中。可見光儀器(VIS)和近紅外光譜儀和光度計(jì)(NISP)將并行運(yùn)行，同時(shí)記錄望遠(yuǎn)鏡看向的天空任何部分?jǐn)?shù)據(jù)。歐幾里得望遠(yuǎn)鏡將測(cè)量超過10億個(gè)星系的形狀，以及超過三分之一天空中數(shù)千萬(wàn)個(gè)星系的精確紅移，紅移是宇宙膨脹引起的一種效應(yīng)，宇宙膨脹拉長(zhǎng)了遙遠(yuǎn)星系發(fā)出光的波長(zhǎng)。
星系距離越遠(yuǎn)，其紅移就越極端越明顯，歐幾里得望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)中的星系，將跨越100億年的宇宙歷史，使科學(xué)家能夠研究被認(rèn)為主導(dǎo)宇宙的神秘暗物質(zhì)和暗能量?？梢姽鈨x器(VIS)將通過盡可能拍攝最好的遙遠(yuǎn)星系圖像來(lái)處理星系形狀的精確測(cè)量。為此，該儀器使用了36個(gè)CCD，每個(gè)CCD包含4000像素乘以4000像素，這使得探測(cè)器的總像素約為6億像素。
不僅僅是6億像素
英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院穆拉德空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室VIS儀器負(fù)責(zé)人、教授馬克·克羅珀(Mark Cropper)表示：十幾年來(lái)，可見光儀器(VIS)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、測(cè)試和校準(zhǔn)符合嚴(yán)格的規(guī)范，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)可見光儀器(VIS)團(tuán)隊(duì)將這個(gè)項(xiàng)目推向高潮所取得的成就感到非常自豪，最終的表現(xiàn)超出了預(yù)期，這是對(duì)他們的專業(yè)知識(shí)、奉獻(xiàn)精神和專業(yè)精神的贊揚(yáng)。
不僅像素?cái)?shù)量令人印象深刻，該儀器還將在長(zhǎng)時(shí)間的集成時(shí)間內(nèi)，在廣泛波長(zhǎng)范圍內(nèi)提供最佳的微光靈敏度。歐空局可見光儀器(VIS)有效載荷工程師亞歷克斯·肖特(Alex Short)說(shuō)：這些是非常特殊的CCD，它們是多年來(lái)專門為歐幾里得望遠(yuǎn)鏡開發(fā)的。另一臺(tái)光度計(jì)(NISP)儀器致力于對(duì)星系進(jìn)行光譜測(cè)量，這涉及到將光分成單獨(dú)的波長(zhǎng)，這樣就可以推斷出紅移。
這一特性使宇宙學(xué)家可以估計(jì)到該星系的距離，并將使歐幾里得望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)成為有史以來(lái)對(duì)宇宙進(jìn)行最大規(guī)模、最準(zhǔn)確的三維（3D）觀測(cè)。來(lái)自法國(guó)馬賽CNES和天體物理實(shí)驗(yàn)室光度計(jì)(NISP)儀器項(xiàng)目經(jīng)理Thierry Maciaszek說(shuō)：國(guó)際光度計(jì)(NISP)團(tuán)隊(duì)和支持行業(yè)為設(shè)計(jì)、開發(fā)和測(cè)試這臺(tái)具有挑戰(zhàn)性的儀器，做出了令人難以置信的工作。然而，這并不是故事的結(jié)束，因?yàn)樵S多主要活動(dòng)都需要與光度計(jì)(NISP)在衛(wèi)星層面上完成。
最優(yōu)陶瓷但具挑戰(zhàn)
開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在焦急地等待飛行中的第一縷曙光，展示出色的觀測(cè)能力。光度計(jì)(NISP)探測(cè)器將具有紅外儀器有史以來(lái)在太空飛行的最大視野。歐空局任務(wù)系統(tǒng)和光度計(jì)(NISP)儀器工程師托拜厄斯·博恩克(Tobias Boenke)說(shuō)：光學(xué)設(shè)備的質(zhì)量令人驚嘆。實(shí)現(xiàn)歐幾里得望遠(yuǎn)鏡超乎尋常的光學(xué)精度一個(gè)關(guān)鍵因素是：在該項(xiàng)目歷史早期就做出了用碳化硅建造整個(gè)有效載荷模塊的決定。
歐空局率先使用這種材料制造赫歇爾太空望遠(yuǎn)鏡。在歐空局蓋亞衛(wèi)星任務(wù)中，航天器子系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)安裝在碳化硅框架上。在歐幾里得望遠(yuǎn)鏡上，這種材料已經(jīng)被用于儀器和望遠(yuǎn)鏡。金屬會(huì)隨著溫度的變化而膨脹和收縮，從而降低光學(xué)系統(tǒng)聚焦光線的能力，而碳化硅對(duì)這種溫度變化非常穩(wěn)定。但使用這種化合物也帶來(lái)了挑戰(zhàn)，碳化硅是一種陶瓷，比金屬脆得多。
因?yàn)槟軌蛴眠@種材料制造儀器，并確保它們?cè)诎l(fā)射過程中不會(huì)損壞，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。與可見光儀器(VIS)一樣，光度計(jì)(NISP)也使用專門設(shè)計(jì)的最先進(jìn)探測(cè)器來(lái)記錄來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星和星系的微弱光線。與可見光儀器(VIS)不同，光度計(jì)(NISP)也可以在光譜模式下運(yùn)行。探測(cè)器可在低溫-180°C下進(jìn)行工作，可提供超低噪聲和高靈敏度，記錄這些“光譜”并將其轉(zhuǎn)換為微小的電子信號(hào)。然后，這些信號(hào)可以被放大并精確測(cè)量，以提供光度和光譜紅移。
推向極限性能
這些儀器將接收歐幾里德望遠(yuǎn)鏡發(fā)收集的光，望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在圖盧茲的空中客車公司組裝完畢。和儀器一樣，它也是由碳化硅制成，在所有意義上都是一種最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)。歐空局任務(wù)性能與光學(xué)系統(tǒng)工程師路易斯·米格爾·加斯帕·維納西奧表示：我們正在將所有制造水平推向極限。望遠(yuǎn)鏡后面有一個(gè)特殊的部件，叫做二色鏡，它將收集到的光分開，并將可見光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到可見光，將紅外波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到光度計(jì)(NISP)。
當(dāng)來(lái)自可見光儀器(VIS)和光度計(jì)(NISP)的信息結(jié)合在一起時(shí)，科學(xué)家們將能夠推斷出宇宙大規(guī)模分布的星系結(jié)構(gòu)，在整個(gè)宇宙歷史上是如何建立起來(lái)的。這將幫助天文學(xué)家確定這些結(jié)構(gòu)的增長(zhǎng)速度，為宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)和數(shù)量提供強(qiáng)有力的約束?，F(xiàn)在這些儀器已經(jīng)交付給空中客車公司，它們將首先與望遠(yuǎn)鏡集成，然后與有效載荷模塊的其余部分集成，走到這一步是一段漫長(zhǎng)的旅程。
歐幾里得望遠(yuǎn)鏡在經(jīng)歷了近五年的研究后，于2011年被選中實(shí)施。雖然前面還有很多艱苦的工作和測(cè)試，但儀器和望遠(yuǎn)鏡的交付意味著航天器可以真正開始組裝起來(lái)。歐幾里得望遠(yuǎn)鏡終于不再僅僅是紙了，它是一件很棒的硬件，在某種程度上很美。未來(lái)集成有效載荷模塊將持續(xù)幾個(gè)月，因?yàn)檫@是一項(xiàng)艱苦的工作，將所有東西用螺栓固定在一起，精確對(duì)準(zhǔn)，并進(jìn)行電子校準(zhǔn)。
組裝和發(fā)射準(zhǔn)備
儀器的控制單元已經(jīng)機(jī)械和電氣集成到有效載荷模塊，這些測(cè)試已經(jīng)證實(shí)，這些儀器可以由航天器正常供電，可以與機(jī)載計(jì)算機(jī)通信，并可以將科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛妫缓笸ㄟ^航天器天線下載到地面。一旦歐幾里得望遠(yuǎn)鏡與有效載荷模塊的其余部分集成在一起，它將被運(yùn)往比利時(shí)列日空間中心，在一個(gè)可以盡可能模擬太空和地球條件的熱真空室中進(jìn)行“端到端”測(cè)試，這項(xiàng)測(cè)試計(jì)劃在2021年2月和3月進(jìn)行。
一旦測(cè)試表明一切工作正常，有效載荷模塊將被運(yùn)往位于意大利都靈的主承包商泰利斯·阿萊尼亞太空公司(TAS)，TAS一直在建造服務(wù)艙，其中包含電力、推進(jìn)和通信等基本系統(tǒng)。服務(wù)艙的主要結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)通過了結(jié)構(gòu)和熱測(cè)試，現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好在里面集成各種系統(tǒng)。助教將首先鋪設(shè)推進(jìn)系統(tǒng)的管道，并鋪設(shè)其他分布式系統(tǒng)的電纜。飛行電子設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、動(dòng)力裝置和姿態(tài)控制裝置，已經(jīng)安裝在它們自己的結(jié)構(gòu)板上，現(xiàn)在將安裝在主結(jié)構(gòu)內(nèi)。
整合工作將于今年第三季度完成，屆時(shí)將進(jìn)行測(cè)試。然后，美國(guó)宇航局（NASA）將把有效載荷模塊和服務(wù)模塊整合在一起，形成最終完成的航天器。然后，另一輪測(cè)試將確保一切正常工作，在這一點(diǎn)上，航天器基本上完成了，并準(zhǔn)備發(fā)射。目前計(jì)劃于2022年下半年從歐洲航天港法屬圭亞那的庫(kù)魯發(fā)射，不得不說(shuō)又一架舉世聞名的空間望遠(yuǎn)鏡將問世，讓我們期待和祝福一切順利吧！
博科園｜www.bokeyuan.net
博科園｜研究/來(lái)自：歐空局ESA
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