多家國際主流媒體對2023年可能出現(xiàn)的世界科技熱點進行了預測，中國空間站工程測量望遠鏡（“中國巡天空間望遠鏡”，簡稱“CSST”）均在其中。 與俄羅斯一起發(fā)射新型灰熊，發(fā)射小行星采礦任務，已成為人類探索或利用太空的新的年度里程碑。
中國巡天空間望遠鏡在軌示意圖。
根據(jù)最新版中國航天藍皮書，天宮空間站全面建成后，我國將適時啟動CSST發(fā)射部署，開展更廣泛的天文探測。 中國載人航天工程辦公室曾對外表示，我國第一臺小型巡天空間望遠鏡計劃于2023年發(fā)射升空，將進行廣域巡空觀測。 開展前沿科學研究。
空間光學觀測領(lǐng)域的后起之秀
說到天文望遠鏡，很多人首先想到的就是位于四川平武的“中國天眼”——500米口徑球面望遠鏡（FAST）。 FAST作為我國近年來建設(shè)的一項重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，以其超大規(guī)模、卓越的探索能力和豐碩的早期探測成果，獲得了很高的知名度，享譽海內(nèi)外。 與FAST相比，CSST目前的知名度似乎并不高，在業(yè)內(nèi)人士看來，它是光學望遠鏡天文觀測領(lǐng)域的一顆冉冉升起的新星。
FAST和CSST不僅流行程度不同，而且還有很多不同之處。 最根本的區(qū)別在于它們屬于不同類型的天文望遠鏡。
FAST是射電望遠鏡，接收來自天體的無線電波，巨大的球面鏡是它接收無線電波的天線。 它收集微弱的宇宙無線網(wǎng)絡(luò)號，然后傳送到接收系統(tǒng)進行放大。 接收系統(tǒng)從噪聲中學習分離出有用的信號，并傳送到前端計算機進行記錄。 計算機記錄的結(jié)果以多條曲線顯示出來，供天文學家研究分析，從而獲得宇宙的各種信息。 由于無線電波可以穿透太空，射電望遠鏡受光線和氣候的影響較小，可以全天候不間斷地工作。
CSST 是一種光學望遠鏡，可捕獲近紫外到可見光波段。 通過大半徑長焦距的目鏡和小半徑短焦距的物鏡，可以實現(xiàn)對遠處物體的近距離成像。 這樣，人們就可以通過光學望遠鏡觀察到非常遙遠的天體。 由于月球強大的大氣層、電離層、臭氧層和地磁場的綜合影響，地面光學望遠鏡的觀測能力有限。 隨著航天技術(shù)的進步，消除上述誘因影響的空間光學望遠鏡應運而生。 這就是分別于 1990 年 4 月和 2021 年 12 月發(fā)射升空的哈勃太空望遠鏡和韋伯太空望遠鏡。 中國巡天空間望遠鏡將緊隨其后，成為人類新的“會飛的巨眼”。
分為兩部分，擁有5種主要武器
CSST 將是一個非常大的太空飛行器。 至于它的具體尺寸，中國空間站工程測量望遠鏡科學工作聯(lián)合中心負責人、國家天文臺副臺長劉繼峰曾這樣形容：“大小相當于一輛大貨車。站在其上，有3座樓高2米，孔徑2米。 根據(jù)目前公開的信息，巡天太空望遠鏡全長約14米，最大半徑約4.5米，發(fā)射質(zhì)量約16噸。
CSST巡天光學裝置負責科學家、中國科學院國家天文臺研究員展虎表示，CSST主要分為“平臺段”和“光學裝置段”兩部分。 . 后者雖然是CSST的“資源艙”，負責為其航天飛行提供動力，前者是CSST的主要載荷，包括5個觀測設(shè)備，即巡空艙、太赫茲模塊、多通道成像儀、積分儀視場光譜儀和系外行星成像日冕儀。
航天員從天宮空間站出艙執(zhí)行空間測量太空望遠鏡維護工作示意圖。
顧名思義，CSST的主要任務是“巡天觀測”，即對天體進行普查，從而清晰細致地觀測到數(shù)千顆恒星，并獲得一幅全景高清的天體圖。宇宙可以帶來。 望遠鏡最重要的觀測時間是巡天模塊。 據(jù)展虎介紹，“巡天觀測”占CSST運行時間的70%左右。
據(jù)中國科學技術(shù)大學國家天文臺研究員李然介紹，為保證“巡天觀測”的圖像質(zhì)量，接收大視場信息，CSST天空勘測模塊安裝了30個探測器，共計25億像素。 其中，18個探測器配備了不同的光學濾光片，使其能夠獲得不同波長波段的宇宙天體圖像，留下五顏六色的宇宙面貌； 其余12個探測器用于無縫光譜觀測，每次爆發(fā)至少可以獲得1000個天體的光譜信息。 在整個巡天周期中，巡天模塊將覆蓋整個天空區(qū)域的40%，積累近20億顆恒星的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)。
展虎、李然在介紹CSST強大的“巡天觀測”能力時指出，其精細觀測能力也很強。 望遠鏡配備的太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀、系外行星成像日冕儀等均為精密測量模塊。 光譜觀測、近星中性碳研究、宇宙超深場觀測等多項特色科學觀測。
更容易勘測天空以進行維護和升級
作為空間光學望遠鏡，CSST與哈勃相比有哪些特點？
對此，展虎回答說，CSST更容易巡天。 巡天單反的口徑是2米，雖然比哈勃望遠鏡略大一些，在2.4米左右，視場是哈勃望遠鏡的300倍左右，可以比較快。 完成大規(guī)模宇宙觀測。 李然打了一個形象的比喻：就好像山上有一群羊，哈勃望遠鏡只能看到其中一只，而CSST卻可以拍到數(shù)千只羊，而且每只羊的清晰度都一樣哈勃獲得的。 和望遠鏡看到的一樣。
中國科學技術(shù)大學的巡天專長可以說是“與生俱來”。 作為我國載人空間站的旗艦工程，CSST是迄今為止我國最大的空間天文基礎(chǔ)設(shè)施。 在項目設(shè)計之初，就瞄準了大視野、高畫質(zhì)、寬帶化的方向。 對此，李然解釋說，哈勃望遠鏡是人類太空望遠鏡的先驅(qū)，已經(jīng)取得了豐碩的科研成果。 CSST唯有采用不同的創(chuàng)新設(shè)計，才能進一步推動空間天文學的發(fā)展，進一步拓展人類認知的邊界。 創(chuàng)新設(shè)計有兩種選擇：一種是建造更大口徑的太空望遠鏡，以觀察更深的地方并獲取更暗天體的信息； 二是建造觀測更廣闊天空區(qū)域的太空望遠鏡，以更好地高效巡天觀測，更系統(tǒng)地研究太空。 中國有關(guān)方面根據(jù)相關(guān)實際情況，為CSST選擇了第二種思路。
CSST的另一個顯著特點是它與空間站相輔相成。 從CSST的英文全稱“China Space Sky ”，我們就可以看出兩者之間的密切聯(lián)系。 具體來說天文學包括天體物理學嗎，CSST以天宮空間站作為航天母港。 正常觀測時，它將遠離空間站，在同一軌道上獨立飛行。 在需要補給或維修升級時，主動與“天宮號”交會對接，?？亢教炷父邸?它可以在10年壽命期間正常運行，可以有效避免哈勃望遠鏡3年左右無法維修的情況天文學包括天體物理學嗎，還可以延長在軌壽命，實現(xiàn)延期“服役”。
10多年來不斷調(diào)整和建立
CSST是中國科學家，特別是光學和天文領(lǐng)域?qū)＜遗c航天科技工作者長期合作的成果。 展虎介紹，2009年12月，中國載人航天工程空間應用系統(tǒng)指揮部組織召開系列研討會，闡述空間站在微重力科學、天文學、生命科學、地球科學等領(lǐng)域的科學目標和研究方向。科學。 從而拉開了CSST項目的序幕。 2013年11月，CSST即將成立。
展虎強調(diào)，按照項目立項時的計劃，CSST直接與空間站實驗艙相連，但這也帶來了一些問題。 例如，空間站組件的姿態(tài)變化、結(jié)構(gòu)變形、各種振動源的擾動等都會嚴重降低凝視觀測的圖像質(zhì)量。 又如空間站周圍可能存在的污染環(huán)境和顆粒物，空間站大致面向地面的姿態(tài)及其結(jié)構(gòu)限制了觀察方向，以及表面形成的雜項遠視。船艙和太陽能劃艇等，不利于天文觀測。 . 鑒于此，2015年，方案調(diào)整為CSST與空間站同軌獨立飛行，并獲批。 經(jīng)過選聘，確定了CSST配備的巡天模塊、太赫茲模塊等5臺儀器。 2022年4月，CSST首樣研制進入攻堅期。 年底完成首款樣品鑒定片研發(fā)。 據(jù)尋天光學設(shè)施總設(shè)計總設(shè)計師、中科院沉陽機械研究所研究員徐樹彥介紹，在完成望遠鏡各子系統(tǒng)、部件、單元的集成測試后，他將立即轉(zhuǎn)向原型機和飛行部件的研發(fā)。 之后，他將配合尋天平臺集成進行聯(lián)合測試，進行發(fā)射場測試，最終擇機發(fā)射。
CSST研發(fā)工作如火如荼進行的同時，觀測數(shù)據(jù)處理方案也已經(jīng)推進。 據(jù)李然介紹，CSST整個周期將產(chǎn)出50PB的科學數(shù)據(jù)產(chǎn)品。 有關(guān)部門組建了一支由天文學家、數(shù)據(jù)專家和計算機專家組成的團隊，旨在開發(fā)CSST科學數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，形成面向全省乃至全省的體系。 世界各地的天文學家用來進行進一步研究的天文圖像和星表。
有望為世界天文學的發(fā)展做出重要貢獻
CSST尚未發(fā)射，其旨在打造國際開放、先進的空間觀測站，將為人類認識世界提供新的可能，已引起世界各國科學家特別是天文學家和物理學家的關(guān)注。
在中國科學院科學工作聯(lián)合中心網(wǎng)站上，人們可以看到中國科學院的宇宙學、星系與活動星核、銀河系與鄰近恒星、恒星科學、系外行星與太陽系天體的七大科學目標。體等等，每一個都指向當代科學的前沿。 例如，借助CSST大巡天和超深場觀測提供的豐富觀測數(shù)據(jù)，研究宇宙加速膨脹、暗能量、暗物質(zhì)等，研究宇宙空間的形態(tài)結(jié)構(gòu)和演化。研究了恒星、活躍恒星和超大質(zhì)量黑洞。 .
李然表示，CSST有望幫助人類探索和解答宇宙物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、演化等基本問題。 展虎強調(diào)，天文探測能力的提升促進了人類對宇宙的認知。 每一次在觀測深度、廣度、波段、測光精度等方面的突破，都會帶來重大發(fā)現(xiàn)，甚至引發(fā)天文學和數(shù)學的革命性發(fā)展。 . 中科院綜合成績優(yōu)異，部分指標大幅超越往年。 在同期巡天項目中成像質(zhì)量最好，近紫外波段觀測能力獨樹一幟。 李然充滿信心地表示，CSST不僅有望在宇宙加速膨脹機理研究上取得突破，還將開辟更廣闊的發(fā)現(xiàn)空間，為世界天文學的發(fā)展作出重要貢獻。