口徑達1.2米,6億像素,陶瓷結構的「歐幾裡得」望遠鏡即將問世!

歐空局「歐幾裡得」空間望遠鏡在其發射之旅中達到了另一個裡程碑，歐幾裡得望遠鏡的兩臺儀器現在已經建成並進行了全面測試。這些已經交付給位於法國土魯斯的空中巴士防務和太空公司，在那裡它們正在與望遠鏡集成，以形成任務的有效載荷模塊。歐幾裡得望遠鏡由一個1.2米長的鏡面望遠鏡組成，它被設計成同時工作在可見光和近紅外波段。

歐幾裡得望遠鏡將從遙遠的宇宙物體收集光線，並將其傳送到兩臺儀器中。可見光儀器(VIS)和近紅外光譜儀和光度計(NISP)將並行運行，同時記錄望遠鏡看向的天空任何部分數據。歐幾裡得望遠鏡將測量超過10億個星系的形狀，以及超過三分之一天空中數千萬個星系的精確紅移，紅移是宇宙膨脹引起的一種效應，宇宙膨脹拉長了遙遠星系發出光的波長。

星系距離越遠，其紅移就越極端越明顯，歐幾裡得望遠鏡觀測中的星系，將跨越100億年的宇宙歷史，使科學家能夠研究被認為主導宇宙的神秘暗物質和暗能量。可見光儀器(VIS)將通過儘可能拍攝最好的遙遠星系圖像來處理星系形狀的精確測量。為此，該儀器使用了36個CCD，每個CCD包含4000像素乘以4000像素，這使得探測器的總像素約為6億像素。

不僅僅是6億像素

英國倫敦大學學院穆拉德空間科學實驗室VIS儀器負責人、教授馬克·克羅珀(Mark Cropper)表示：十幾年來，可見光儀器(VIS)的設計、開發、製造、測試和校準符合嚴格的規範，這是一個挑戰。對可見光儀器(VIS)團隊將這個項目推向高潮所取得的成就感到非常自豪，最終的表現超出了預期，這是對他們的專業知識、奉獻精神和專業精神的讚揚。

不僅像素數量令人印象深刻，該儀器還將在長時間的集成時間內，在廣泛波長範圍內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：這些是非常特殊的CCD，它們是多年來專門為歐幾裡得望遠鏡開發的。另一臺光度計(NISP)儀器致力於對星系進行光譜測量，這涉及到將光分成單獨的波長，這樣就可以推斷出紅移。

這一特性使宇宙學家可以估計到該星系的距離，並將使歐幾裡得望遠鏡數據成為有史以來對宇宙進行最大規模、最準確的三維（3D）觀測。來自法國馬賽CNES和天體物理實驗室光度計(NISP)儀器項目經理Thierry Maciaszek說：國際光度計(NISP)團隊和支持行業為設計、開發和測試這臺具有挑戰性的儀器，做出了令人難以置信的工作。然而，這並不是故事的結束，因為許多主要活動都需要與光度計(NISP)在衛星層面上完成。

最優陶瓷但具挑戰

開發團隊正在焦急地等待飛行中的第一縷曙光，展示出色的觀測能力。光度計(NISP)探測器將具有紅外儀器有史以來在太空飛行的最大視野。歐空局任務系統和光度計(NISP)儀器工程師託拜厄斯·博恩克(Tobias Boenke)說：光學設備的質量令人驚嘆。實現歐幾裡得望遠鏡超乎尋常的光學精度一個關鍵因素是：在該項目歷史早期就做出了用碳化矽建造整個有效載荷模塊的決定。

歐空局率先使用這種材料製造赫歇爾太空望遠鏡。在歐空局蓋亞衛星任務中，太空飛行器子系統的支撐結構安裝在碳化矽框架上。在歐幾裡得望遠鏡上，這種材料已經被用於儀器和望遠鏡。金屬會隨著溫度的變化而膨脹和收縮，從而降低光學系統聚焦光線的能力，而碳化矽對這種溫度變化非常穩定。但使用這種化合物也帶來了挑戰，碳化矽是一種陶瓷，比金屬脆得多。

因為能夠用這種材料製造儀器，並確保它們在發射過程中不會損壞，這是一個巨大的挑戰。與可見光儀器(VIS)一樣，光度計(NISP)也使用專門設計的最先進探測器來記錄來自遙遠恆星和星系的微弱光線。與可見光儀器(VIS)不同，光度計(NISP)也可以在光譜模式下運行。探測器可在低溫-180°C下進行工作，可提供超低噪聲和高靈敏度，記錄這些「光譜」並將其轉換為微小的電子信號。然後，這些信號可以被放大並精確測量，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裡德望遠鏡發收集的光，望遠鏡已經在土魯斯的空中巴士公司組裝完畢。和儀器一樣，它也是由碳化矽製成，在所有意義上都是一種最先進的結構。歐空局任務性能與光學系統工程師路易斯·米格爾·加斯帕·維納西奧表示：我們正在將所有製造水平推向極限。望遠鏡後面有一個特殊的部件，叫做二色鏡，它將收集到的光分開，並將可見光波長轉移到可見光，將紅外波長轉移到光度計(NISP)。

當來自可見光儀器(VIS)和光度計(NISP)的信息結合在一起時，科學家們將能夠推斷出宇宙大規模分布的星繫結構，在整個宇宙歷史上是如何建立起來的。這將幫助天文學家確定這些結構的增長速度，為宇宙中暗物質和暗能量的性質和數量提供強有力的約束。現在這些儀器已經交付給空中巴士公司，它們將首先與望遠鏡集成，然後與有效載荷模塊的其餘部分集成，走到這一步是一段漫長的旅程。

歐幾裡得望遠鏡在經歷了近五年的研究後，於2011年被選中實施。雖然前面還有很多艱苦的工作和測試，但儀器和望遠鏡的交付意味著太空飛行器可以真正開始組裝起來。歐幾裡得望遠鏡終於不再僅僅是紙了，它是一件很棒的硬體，在某種程度上很美。未來集成有效載荷模塊將持續幾個月，因為這是一項艱苦的工作，將所有東西用螺栓固定在一起，精確對準，並進行電子校準。

組裝和發射準備

儀器的控制單元已經機械和電氣集成到有效載荷模塊，這些測試已經證實，這些儀器可以由太空飛行器正常供電，可以與機載計算機通信，並可以將科學數據傳輸到地面，然後通過太空飛行器天線下載到地面。一旦歐幾裡得望遠鏡與有效載荷模塊的其餘部分集成在一起，它將被運往比利時列日空間中心，在一個可以儘可能模擬太空和地球條件的熱真空室中進行「端到端」測試，這項測試計劃在2021年2月和3月進行。

一旦測試表明一切工作正常，有效載荷模塊將被運往位於義大利都靈的主承包商泰利斯·阿萊尼亞太空公司(TAS)，TAS一直在建造服務艙，其中包含電力、推進和通信等基本系統。服務艙的主要結構現在已經通過了結構和熱測試，現在已經準備好在裡面集成各種系統。助教將首先鋪設推進系統的管道，並鋪設其他分布式系統的電纜。飛行電子設備，包括計算機、動力裝置和姿態控制裝置，已經安裝在它們自己的結構板上，現在將安裝在主結構內。

整合工作將於今年第三季度完成，屆時將進行測試。然後，美國宇航局（NASA）將把有效載荷模塊和服務模塊整合在一起，形成最終完成的太空飛行器。然後，另一輪測試將確保一切正常工作，在這一點上，太空飛行器基本上完成了，並準備發射。目前計劃於2022年下半年從歐洲航天港法屬蓋亞那的庫魯發射，不得不說又一架舉世聞名的空間望遠鏡將問世，讓我們期待和祝福一切順利吧！

博科園｜研究/來自：歐空局ESA

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