预计最早在北京时间2026年8月30日19:26(美国东部夏令时8月30日07:26),在美国佛州肯尼迪航天中心LC-39A发射工位,“重型猎鹰”运载火箭将点火执行发射任务,计划将“罗曼”太空望远镜送往地球至日地拉格朗日2号点(L2点)转移轨道。
美国航天局旗舰级太空望远镜!
“南希·格雷斯·罗曼”太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope,NGRST/RST)工程项目为美国国家航空航天局(NASA)旗舰级太空天文台项目,将开展广域红外巡天,探索暗能量、暗物质,并寻找系外行星,为进一步了解宇宙的结构、演化以及太阳系之外的世界提供全新视角。“罗曼”太空望远镜于(美东时间)2016年2月17日获得批准,原名广域红外巡天望远镜(Wide Field Infrared Survey Telescope,WFIRST),为纪念美国航天局(NASA)天文学家、被誉为“哈勃之母”(领导并推动了“哈勃”太空望远镜的早期规划与立项工作)的南希·格雷斯·罗曼(Nancy Grace Roman,1925-2018)而更名。
“罗曼”太空望远镜项目由美国航天局戈达德太空飞行中心(GSFC)管理,主镜由L3Harris公司打磨和测试,加州理工学院管理的喷气推进实验室(JPL)和红外处理与分析中心(IPAC)、空间望远镜科学研究所(STScI)等机构参与航天器的研发与科学工作。
“罗曼”太空望远镜搭载了宽视场设备(Wide Field Instrument,WFI) 、星冕仪(Coronagraph Instrument,CGI),配备直径2.4米主镜,质量仅186千克(质量为“哈勃”同尺寸镜头的1/4),整器宽4.4米,高12.7米。
宽视场设备(WFI) 由相机和光谱仪两部分组成。相机部分包含1台相机及8个滤光片,相机传感器阵列由18个H4RG-10传感器拼接而成,总像素达到3.008亿,配套8个滤光片,提供从可见光到近红外(0.48至2.30微米)的多波段成像。光谱仪部分包含棱镜光谱仪与棱栅光谱仪。宽视场设备(WFI) 单次观测范围是0.281平方度(等同满月在天空中占据的大小),是“哈勃”高级巡天相机(ACS)单次观测范围的约100倍。
星冕仪(CGI)由相机与光谱仪组成,属于一款技术试验载荷,覆盖575至825纳米,具有高对比度的优势,适合进行固定目标的后续观测。
相较于“哈勃”太空望远镜,“罗曼”太空望远镜视场宽度高出100倍以上,巡天效率上升了两个数量级。与此同时,相较于“哈勃”,“罗曼”望远镜也存在不足,它的宽场相机只能拍摄部分可见光与红外光,而不能拍摄紫外线与蓝紫光。因此,“罗曼”和“哈勃”可以形成互补观测。
按照规划,“罗曼”太空望远镜将运行在日地拉格朗日点2号点(L2),在日地连线地球一侧延长线上约150万千米处,将借助地球遮挡太阳光,并在环绕日地L2点的晕轮轨道(Halo)上运行。任务团队为“罗曼”太空望远镜规划了“5+5”的运行周期,在前5年内完成主要任务,此后视情况延长运行5年。
基于综合国力的超长期投入
对于人类而言,大型太空天文观测项目属于超长期投入,聚焦于现象观测和理论研究,就观测和研究本身而言,在可以预见的未来都不会有与投入规模相称的直接产出。“罗曼”太空望远镜项目预算达到43亿美元(含发射成本),按照10年运行周期计算,每年耗资超过4亿美元,参考各主要航天大国的航天预算水平,只有年度国内生产总值达到10万亿美元级的经济体才有余力支持“罗曼”同体量太空工程。
与此同时,“罗曼”这类大型太空望远镜的研制、发射、运营、科学产出体现了一个国家的综合科技水平,需要一个国家在太空望远镜、大型运载火箭、天文研究等领域同时达到世界一流水平,只有工业强国、科技强国和航天强国才有足够的科技实力支持实施。
总体而言,能够支持“罗曼”太空望远镜项目的国家(或实体)既要是超大体量经济体,还要是工业强国、科技强国和航天强国,符合这个条件的国家和实体不超过3个,美国、欧空局和中国。过去,大型太空望远镜项目主要来自美国和欧空局,今后,中国将成为主要参与者,“巡天”望远镜的研制发射将是一个重要开端。
重型猎鹰的深空大单!
此前,美国航天局(NASA)计划使用“德尔塔4重型”(Delta IV Heavy)运载火箭发射“罗曼”太空望远镜,该箭单次发射报价高达4亿美元。2022年7月,依据美国航天局发射服务二期(NASA Launch Services II,NLS Ⅱ)框架,美国航天局(NASA)向太空探索公司(SpaceX)授予了价值2.55亿美元的发射服务合同(包含发射及相关服务),使用“重型猎鹰”运载火箭发射“罗曼”太空望远镜。
“重型猎鹰”为太空探索技术公司(SpaceX)基于“猎鹰九号”拓展研制的大型低温液体运载火箭,采用两级半串并联构型,起飞级采用三芯并联(3CBC)结构。该箭高70米,芯级及芯级助推器直径均为3.66米,配备直径5.2米整流罩,起飞质量约1421吨,起飞推力约2328吨,其标准(不回收状态)地球同步转移轨道(GTO)运力为26.7吨,地火转移轨道(TMI)运力16.8吨。目前,“重型猎鹰”是世界现役运载能力最强的商业运载火箭。
“重型猎鹰”运载火箭于2018年2月6日成功首飞,现已连续成功实施了12次发射任务,表现出了较强的稳定性和可靠性,陆续赢得了来自美国官方的重大航天发射任务,包括“灵神星”小行星探测器、X-37B无人航天飞机、“欧罗巴快船”木星探测器等发射任务。目前,“重型猎鹰”在美国航天发射领域的地位近似于“长征五号”系列之于中国航天,基于运力、成熟度、成本的综合考虑,今后一段时间内“重型猎鹰”依然无可替代。
本次任务是“重型猎鹰”运载火箭首次承担日地拉格朗日点发射任务,也是首次发射大型太空望远镜。本次任务芯一级使用全新的B1105.1,助推器使用了全新的B1104.1和第3次飞行的B1072.3。芯一级将不配备着陆支腿以完全消耗,两枚助推器实施返场回收,B1104.1和B1072.3将分别返回位于卡纳维拉尔角太空军基地的太空探索公司LZ-2和LZ-40着陆区。芯二级在完成两次点火后,将于T+00:31:31实施器箭分离,将“罗曼”太空望远镜送入地球至日地L2点转移轨道。
发射入轨后,“罗曼”太空望远镜将先经历为期3个月的日地L2点巡航,接下去开展3个月的在轨测试,之后才会正式开启为期5年的红外巡天观测。在此之前,“詹姆斯·韦伯”太空望远镜已于2021年12月发射前往日地L2点,其后就位日地L2晕轮轨道运行。一旦投入运行,“罗曼”将与“哈勃”、“韦伯”基于优势互补形成体系观测,产出更多前沿的宇宙观测成果。
作者:木兰星舟
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