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今年年底前我们将能够在近地轨道空间看到一座由核心舱（天和一号）、实验舱Ⅰ（问天号）、实验舱Ⅱ（梦天号）组成T字形构型的天宫空间站，该空间站组合体规模将接近一百吨，它拥有足以媲美400吨级国际空间站的各项在轨应用能力，然而这并非天宫空间站的全貌。 载人航天工程总师周建平日前披露，天宫空间站还有一个巡天望远镜，我们目标在2023或2024年能够发射入轨。  天宫空间站 “载人为建站，建站为应用。”，如何提升天宫空间站的应用水平？这一问题早在十多年前就已经提上日程，而利用载人平台进行天文观测，尤其是空间巡天观测是诸多应用领域中的一个重要方向，因为这件事别的国家截至目前还没有做。 巡天望远镜全称是“载人空间站工程巡天空间望远镜”，英文简称“CSST”，也被称为“巡天光学舱”。 该舱段立项之初的设计方案是作为实验舱Ⅱ的一部分进行空间巡天观测，而如今巡天望远镜自身则成为了一个独立的舱段，这又是为什么呢？  巡天光学舱较早时期的设计方案 总结起来有以下几点原因： 1.空间站为实施各项在轨任务需要经常进行姿态控制，由此产生的扰动会影响巡天望远镜凝视观测像质； 2.空间站组合体长期在轨不可避免地存在结构形变问题，对巡天望远镜产生进一步干扰； 3.空间站舱内设备、人员等各种振源产生的扰动对巡天望远镜凝视观测像质的损害问题突出；  早期巡天空间望远镜置于实验舱Ⅱ的设计方案 4.空间站周围的污染环境和颗粒物不利于天文观测； 5.空间站太阳翼及舱体在光照区产生的反光会干扰巡天望远镜； 6.巡天望远镜凝视观测期间需要空间站在姿态控制上加以配合，进而影响空间站自身的工作状态。 可以说空间站与巡天望远镜是一对矛盾体，二者互不相容，上述问题并非不能解决，但与其相互迁就，不如另谋发展之路。  天宫空间站运行过程中也需要调整姿态以适应不同的任务需求 综合国力的日益提升为巡天望远镜进一步创新发展创造了条件，最具诱惑力的选项就是让巡天望远镜分离出去独自成舱，并与空间站共轨飞行，这样一来种种矛盾都可以迎刃而解。空间站自身也因此收获了更多的发展空间，原巡天望远镜安装位置现如今是货物专用气闸舱与展开式暴露实验平台的容身之地。 对于我国天文界而言，可以说是乘着载人航天的东风起飞了，独自成舱的巡天光学舱被认为是我国天文界有史以来最先进也是最昂贵的观测设备，一步跨入了世界第一梯队。  巡天光学舱平台结构件 造价高昂的巡天光学舱怎样才能万无一失呢？ 昔日哈勃空间望远镜上天后就遇到了由于镜片研磨缺陷导致在初期三年时间里无法正常作业的问题，后来是通过发射运营成本高昂的航天飞机安装改正镜才解决。在后来的运营过程中，航天飞机也曾多次对该望远镜进行在轨维修升级作业。  奋进号航天飞机机组对哈勃望远镜进行在轨维修 正是总结吸取了前人的经验教训，巡天光学舱特别注重在轨支持能力建设，这也是为什么起初该望远镜被置于实验舱Ⅱ的重要原因，独自成舱的巡天光学舱与空间站共轨飞行可获得的在轨支持服务也相当丰富。 先来看看巡天光学舱长什么样，该舱段最大直径达到了4.5米，高度也有14米，发射质量16吨左右，在长征系列火箭序列中，能发射如此规模航天器的也就只有长征5B了。 巡天光学舱分为“光学设施段”与“平台段”两部分，天文观测用的各类设备载荷集中于光学设施段。  巡天望远镜光学设施段 光学设施段搭载有配置2米口径镜片的巡天相机，该相机中像素有25亿，视场比哈勃空间望远镜大了300倍，全寿命周期内可观测的天区范围要比哈勃大得多，也意味着更高的观测效率…… 比如被称为“爱因斯坦环”的引力透镜效应观测，哈勃服役三十余年至今也仅观测到几十个，这一工作量对于巡天光学舱而言则只需要一两个月。 除此之外，光学设施段还配置有太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪、星冕仪等精测设备。  上半部分是光学设施段，下半部分是平台段。 平台段也可视为服务舱，配置有类似实践-20卫星的二次展开设计大面积太阳翼，在轨展开的横向尺寸超过20米，达到了约23.6米。该太阳翼预计将使用高光电转换效率的三结砷化镓太阳能电池，充足的电力供应可有力支持巡天光学舱的各项天文观测作业。  实践-20卫星二次展开太阳翼  巡天光学舱在轨展开效果图 平台段配置有姿轨控系统，后端是用于交会对接的异体同构周边对接装置，巡天光学舱可定期与天宫空间站天和核心舱前向对接口对接，航天员可对其进行在轨维护和升级。  巡天光学舱可以与天宫空间站前向对接口对接 巡天光学舱对接后的天宫空间站构型 巡天光学舱与空间站共轨运行也就不可避免地面临轨道衰减问题，此时为空间站提供补给服务的天舟货运飞船可通过轨道机动与巡天光学舱对接，并为后者在轨补加燃料，进而维持轨道高度。 天舟货运飞船可为巡天光学舱提供推进剂补加服务 有人担心，巡天光学舱与天宫空间站共轨飞行，在此期间会不会存在相撞风险？答案是完全不可能的。 因为这种共轨飞行可不像伴飞小卫星那样的极近距离，而是相隔上万公里的共轨飞行，即便是其中一方想要主动接近另一方，也需要通过降轨、升轨等复杂的轨道机动才可以。 待巡天光学舱进入稳定的中后期运营阶段，还可以主动升轨进入更高的轨道，到那时就不再需要空间站的在轨支持服务，从而实现独立运行。 窥探宇宙边际将不再是大洋彼岸的专利 巡天光学舱计划在轨运行10年内进行约60万个不同指向近70万次的观测，获取数十亿恒星与星系的测光数据和数亿条光谱，对黑洞、暗能量、暗物质的研究也将更加深入。通过星冕仪独特的抑制恒星光功能，还可实现对系外行星的直接观测成像。就科学价值而言，巡天光学舱将为人类深度认知宇宙作出非凡的贡献。 空间天文观测华丽的开局只是第一步，目前长春光机所还在攻关在轨组装镜面技术，此项技术的适应能力要比韦伯空间望远镜的在轨展开方案再上一个新台阶，相信在不久的将来，一部刷新世界纪录的空间望远镜也将在华夏这片热土诞生。 |
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