今年年底前我們將能夠在近地軌道空間看到一座由核心艙（天和一號）、實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ（問天號）、實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ（夢天號）組成T字形構(gòu)型的天宮空間站，該空間站組合體規(guī)模將接近一百噸，它擁有足以媲美400噸級國際空間站的各項(xiàng)在軌應(yīng)用能力，然而這并非天宮空間站的全貌。

載人航天工程總師周建平日前披露，天宮空間站還有一個巡天望遠(yuǎn)鏡，我們目標(biāo)在2023或2024年能夠發(fā)射入軌。

天宮空間站

“載人為建站，建站為應(yīng)用。”，如何提升天宮空間站的應(yīng)用水平？這一問題早在十多年前就已經(jīng)提上日程，而利用載人平臺進(jìn)行天文觀測，尤其是空間巡天觀測是諸多應(yīng)用領(lǐng)域中的一個重要方向，因?yàn)檫@件事別的國家截至目前還沒有做。

巡天望遠(yuǎn)鏡全稱是“載人空間站工程巡天空間望遠(yuǎn)鏡”，英文簡稱“CSST”，也被稱為“巡天光學(xué)艙”。

該艙段立項(xiàng)之初的設(shè)計(jì)方案是作為實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ的一部分進(jìn)行空間巡天觀測，而如今巡天望遠(yuǎn)鏡自身則成為了一個獨(dú)立的艙段，這又是為什么呢？

巡天光學(xué)艙較早時期的設(shè)計(jì)方案

總結(jié)起來有以下幾點(diǎn)原因：

1.空間站為實(shí)施各項(xiàng)在軌任務(wù)需要經(jīng)常進(jìn)行姿態(tài)控制，由此產(chǎn)生的擾動會影響巡天望遠(yuǎn)鏡凝視觀測像質(zhì)；

2.空間站組合體長期在軌不可避免地存在結(jié)構(gòu)形變問題，對巡天望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生進(jìn)一步干擾；

3.空間站艙內(nèi)設(shè)備、人員等各種振源產(chǎn)生的擾動對巡天望遠(yuǎn)鏡凝視觀測像質(zhì)的損害問題突出；

早期巡天空間望遠(yuǎn)鏡置于實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ的設(shè)計(jì)方案

4.空間站周圍的污染環(huán)境和顆粒物不利于天文觀測；

5.空間站太陽翼及艙體在光照區(qū)產(chǎn)生的反光會干擾巡天望遠(yuǎn)鏡；

6.巡天望遠(yuǎn)鏡凝視觀測期間需要空間站在姿態(tài)控制上加以配合，進(jìn)而影響空間站自身的工作狀態(tài)。

可以說空間站與巡天望遠(yuǎn)鏡是一對矛盾體，二者互不相容，上述問題并非不能解決，但與其相互遷就，不如另謀發(fā)展之路。

天宮空間站運(yùn)行過程中也需要調(diào)整姿態(tài)以適應(yīng)不同的任務(wù)需求

綜合國力的日益提升為巡天望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造了條件，最具誘惑力的選項(xiàng)就是讓巡天望遠(yuǎn)鏡分離出去獨(dú)自成艙，并與空間站共軌飛行，這樣一來種種矛盾都可以迎刃而解?？臻g站自身也因此收獲了更多的發(fā)展空間，原巡天望遠(yuǎn)鏡安裝位置現(xiàn)如今是貨物專用氣閘艙與展開式暴露實(shí)驗(yàn)平臺的容身之地。

對于我國天文界而言，可以說是乘著載人航天的東風(fēng)起飛了，獨(dú)自成艙的巡天光學(xué)艙被認(rèn)為是我國天文界有史以來最先進(jìn)也是最昂貴的觀測設(shè)備，一步跨入了世界第一梯隊(duì)。

巡天光學(xué)艙平臺結(jié)構(gòu)件

造價高昂的巡天光學(xué)艙怎樣才能萬無一失呢？

昔日哈勃空間望遠(yuǎn)鏡上天后就遇到了由于鏡片研磨缺陷導(dǎo)致在初期三年時間里無法正常作業(yè)的問題，后來是通過發(fā)射運(yùn)營成本高昂的航天飛機(jī)安裝改正鏡才解決。在后來的運(yùn)營過程中，航天飛機(jī)也曾多次對該望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行在軌維修升級作業(yè)。

奮進(jìn)號航天飛機(jī)機(jī)組對哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行在軌維修

正是總結(jié)吸取了前人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，巡天光學(xué)艙特別注重在軌支持能力建設(shè)，這也是為什么起初該望遠(yuǎn)鏡被置于實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ的重要原因，獨(dú)自成艙的巡天光學(xué)艙與空間站共軌飛行可獲得的在軌支持服務(wù)也相當(dāng)豐富。

先來看看巡天光學(xué)艙長什么樣，該艙段最大直徑達(dá)到了4.5米，高度也有14米，發(fā)射質(zhì)量16噸左右，在長征系列火箭序列中，能發(fā)射如此規(guī)模航天器的也就只有長征5B了。

巡天光學(xué)艙分為“光學(xué)設(shè)施段”與“平臺段”兩部分，天文觀測用的各類設(shè)備載荷集中于光學(xué)設(shè)施段。

巡天望遠(yuǎn)鏡光學(xué)設(shè)施段

光學(xué)設(shè)施段搭載有配置2米口徑鏡片的巡天相機(jī)，該相機(jī)中像素有25億，視場比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡大了300倍，全壽命周期內(nèi)可觀測的天區(qū)范圍要比哈勃大得多，也意味著更高的觀測效率……

比如被稱為“愛因斯坦環(huán)”的引力透鏡效應(yīng)觀測，哈勃服役三十余年至今也僅觀測到幾十個，這一工作量對于巡天光學(xué)艙而言則只需要一兩個月。

除此之外，光學(xué)設(shè)施段還配置有太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀、星冕儀等精測設(shè)備。

上半部分是光學(xué)設(shè)施段，下半部分是平臺段。

平臺段也可視為服務(wù)艙，配置有類似實(shí)踐-20衛(wèi)星的二次展開設(shè)計(jì)大面積太陽翼，在軌展開的橫向尺寸超過20米，達(dá)到了約23.6米。該太陽翼預(yù)計(jì)將使用高光電轉(zhuǎn)換效率的三結(jié)砷化鎵太陽能電池，充足的電力供應(yīng)可有力支持巡天光學(xué)艙的各項(xiàng)天文觀測作業(yè)。

實(shí)踐-20衛(wèi)星二次展開太陽翼

巡天光學(xué)艙在軌展開效果圖

平臺段配置有姿軌控系統(tǒng)，后端是用于交會對接的異體同構(gòu)周邊對接裝置，巡天光學(xué)艙可定期與天宮空間站天和核心艙前向?qū)涌趯?，航天員可對其進(jìn)行在軌維護(hù)和升級。

巡天光學(xué)艙可以與天宮空間站前向?qū)涌趯?/p>

巡天光學(xué)艙對接后的天宮空間站構(gòu)型

巡天光學(xué)艙與空間站共軌運(yùn)行也就不可避免地面臨軌道衰減問題，此時為空間站提供補(bǔ)給服務(wù)的天舟貨運(yùn)飛船可通過軌道機(jī)動與巡天光學(xué)艙對接，并為后者在軌補(bǔ)加燃料，進(jìn)而維持軌道高度。

天舟貨運(yùn)飛船可為巡天光學(xué)艙提供推進(jìn)劑補(bǔ)加服務(wù)

有人擔(dān)心，巡天光學(xué)艙與天宮空間站共軌飛行，在此期間會不會存在相撞風(fēng)險(xiǎn)？答案是完全不可能的。

因?yàn)檫@種共軌飛行可不像伴飛小衛(wèi)星那樣的極近距離，而是相隔上萬公里的共軌飛行，即便是其中一方想要主動接近另一方，也需要通過降軌、升軌等復(fù)雜的軌道機(jī)動才可以。

待巡天光學(xué)艙進(jìn)入穩(wěn)定的中后期運(yùn)營階段，還可以主動升軌進(jìn)入更高的軌道，到那時就不再需要空間站的在軌支持服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。

窺探宇宙邊際將不再是大洋彼岸的專利

巡天光學(xué)艙計(jì)劃在軌運(yùn)行10年內(nèi)進(jìn)行約60萬個不同指向近70萬次的觀測，獲取數(shù)十億恒星與星系的測光數(shù)據(jù)和數(shù)億條光譜，對黑洞、暗能量、暗物質(zhì)的研究也將更加深入。通過星冕儀獨(dú)特的抑制恒星光功能，還可實(shí)現(xiàn)對系外行星的直接觀測成像。就科學(xué)價值而言，巡天光學(xué)艙將為人類深度認(rèn)知宇宙作出非凡的貢獻(xiàn)。

空間天文觀測華麗的開局只是第一步，目前長春光機(jī)所還在攻關(guān)在軌組裝鏡面技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的適應(yīng)能力要比韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的在軌展開方案再上一個新臺階，相信在不久的將來，一部刷新世界紀(jì)錄的空間望遠(yuǎn)鏡也將在華夏這片熱土誕生。