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巡天号光学舱

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巡天
光学舱
China CSST Xuntian.jpg
巡天号光学舱概念图
基本资料
组织机构 中國国家航天局
发射日期2023年12月 (预计)
发射地点 中國文昌航天发射场(预计)
发射载体长征五号B运载火箭(遥五)(预计)
任务时长>10年
质量15,500公斤(34,200英磅)[1]
位置低地球軌道
口径约2米(6英尺7英寸)[2]

巡天号光学舱,又称巡天号空间望远镜,中国天宫空间站的组成部分之一,同时也将是中国发射的第三个空间望遠鏡以及首个設置於地外空间的大型可見光天文望遠鏡,其视场可达到哈勃望远镜的300多倍,预计将于2023年前后在海南文昌航天发射场发射升空[3][4]

巡天光学舱虽为天宫空间站的一部分,但它并非空间站组合体的一部分,而将会与天宫空间站的主体部分长期共轨飞行英语Co-orbital configuration。此外,中國航天科技集團五院總體設計部機械總體室副主任王昊在問天實驗艙發射直播受訪時另曾表示,巡天号與太空站主体共同在軌運行僅是過去論證時的一個方案,現在則採用望遠鏡單獨進行觀測,運行時比太空站軌道略高[5]

研制经历[编辑]

空间站附属仪器方案[编辑]

2010年9月25日,天宫空间站项目正式得到中共中央政治局常委会批准。原定整个空间站由核心舱和两个实验舱组成,其中,实验舱II将装有一台2米口径的「巡天望远镜」,用于大视角巡天观测,因此命名為巡天。這個儀器的名字另有一个说法是源自毛澤東詩句「巡天遙看一千河」,但此望远镜受制于空间站影响,无法自由地指向任意方向观测,也不能长时间对一个方向连续曝光,故這巡天儀其實不夠「巡天」,而且置于舱内的设计,对比歐幾里得衛星罗曼太空望远镜,可观测时间剩一半。为此巡天的原始設計被修正,提出放到舱外进行观测,只有其中一側是連接實驗艙,而另一側則是一個「巡天艙」的方案,但研究认为空间站的姿态变化、结构形变以及航天员活动和飞船对接带来的振动,都会导致成像质量严重退化,巡天最终流產,被退回重新打造[6]

独立的光学望远镜[编辑]

2015年,新巡天方案提出,决定直接建造一部巡天式太空望远镜,这就是今日所熟知的「巡天号」[7],以上一方面避免了空间站对望远镜视野、观测时间和成像质量的影响;另一方面便于对接空间站进行在轨维护,只是轨道比较低阻力大,需要使用到更大的動力裝置。不过巡天舱在轨对接维护方案,要比使用航天飞机维护的哈勃望远镜更为方便,维护费用也低很多。巡天号光学舱的观测波长范围为255~1000纳米,覆盖了从近紫外、可见光到近红外波段。从角分辨率或成像质量上讲,巡天号光学舱的望远镜最高达0.15角秒,和哈勃望远镜的0.1角秒相去不远。Cook型离轴三反射光学系统,还增加了一个折转镜便于实现不同光学载荷之间的切换、调焦和精密稳像等功能[8]

2022年4月10日,中国科学技术大学与中国科学院紫金山天文台组成的研制团队,顺利完成了大视场巡天望远镜的科学级电荷耦合器件(CCD)测试系统及其主焦相机——CCD290相机的验证工作[9]

任務歷史[编辑]

發射[编辑]

预计将在2023年12月在海南文昌航天发射场发射升空。[10][11][12][13]

觀測[编辑]

已知巡天号將針對系外行星探測、活躍星系核空間可分辨光譜觀測,近鄰星系中性碳研究,宇宙超級深場觀測等眾多特色科學觀測能力。并研究暗物质的引力作用,確定宇宙膨脹歷史,引力透鏡等人類仍在前沿探究的科研主题。预计在首顆巡天模塊全周期更换前,將會產生至少50PB的科學拍攝數據可供分析發表[8]

光学特性[编辑]

巡天号的设计思路是觀察更廣闊天區的望遠鏡,以更高的效率,更系統地去研究宇宙。这种工作模式的望远镜一般被稱作巡天式望遠鏡,这也呼应了巡天号光学舱名称。[14]

儀器[编辑]

巡天空間望遠鏡視野極為寬闊,視場達到1.1x1.2平方度。在成像和哈勃相當的情況下,其视场可达到哈勃望远镜的300-350倍,為了能夠接收廣闊視場的信息,巡天空間望遠鏡在第一代巡天相機上,安置了30塊探測器,總像素達到25億,是哈勃UVIS传感器1600万的好几倍。其中18塊探測器上設置有不同的濾光片,這使得它可以獲得宇宙天體在不同波段的圖像,帶給我們彩色的宇宙樣貌﹔另外12塊探測器則用於無縫光譜觀測,每次曝光可以獲得至少1000個天體的光譜信息。

巡天模塊每次曝光時間約為150秒,對於巡天中的每個觀測天區會進行兩次。给予巡天空間望遠鏡2倍的曝光,可以獲得低至26星等左右(一般曝光共计300秒,但不同波段具體數值有差別)的天體圖像,這要比人眼能夠看到的最暗的恆星還要暗上1億倍。在這樣的觀測深度上,研究者可以在每個平方角分看到30個左右的星系。在整個巡天周期裡,巡天模塊將會覆蓋17500平方度的天區,是整個天空面積的40%。

巡天空間望遠鏡還將配備一系列的其他精測模塊,包括太赫茲模塊,多通道成像儀,集成视场摄谱仪系外行星成像星冕儀。這些儀器將依托各自特點提供人們研究所需。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Hu Zhan. An Update on the Chinese Space Station Telescope Project (PDF). National Astronomical Observatories. 2019-11-05 [2021-09-22]. (原始内容存档 (PDF)于2021-05-06) (英语). 
  2. ^ 巡天空间望远镜:将伴“天和”探太空—新闻—科学网. news.sciencenet.cn. [2021-09-16]. (原始内容存档于2021-09-16). 
  3. ^ Gao, Ming; Zhao, Guangheng; Gu, Yidong. 我国空间站的空间科学与应用任务 [Space Science and Application Mission in China's Space Station]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences (CAS). 2015, 30 (6): 721–732 [2 May 2016]. doi:10.16418/j.issn.1000-3045.2015.06.002. (原始内容存档于2021-10-07) (中文). 
  4. ^ Jones, Andrew. China wants to launch its own Hubble-class telescope as part of space station. Space.com. 20 April 2021 [22 April 2021]. (原始内容存档于2021-05-06). 
  5. ^ 问天实验舱发射(央视新闻直播间). [2022-07-24]. (原始内容存档于2022-08-02). 
  6. ^ https://www.ourchinastory.com/zh/1673/%E5%B7%A1%E5%A4%A9%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%9C%9B%E9%81%A0%E9%8F%A1%20%E4%B8%AD%E5%9C%8B%E7%9A%84%E3%80%8C%E5%AE%87%E5%AE%99%E4%B9%8B%E7%9C%BC%E3%80%8D
  7. ^ 存档副本. [2022-06-07]. (原始内容存档于2022-06-07). 
  8. ^ 8.0 8.1 存档副本. [2022-06-07]. (原始内容存档于2022-06-07). 
  9. ^ https://www.yangtse.com/zncontent/2110154.html
  10. ^ Gao, Ming; Zhao, Guangheng; Gu, Yidong. 我国空间站的空间科学与应用任务 [Space Science and Application Mission in China's Space Station]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences (CAS). 2015, 30 (6): 721–732 [2 May 2016]. doi:10.16418/j.issn.1000-3045.2015.06.002. (原始内容存档于2021-03-05) (中文). 
  11. ^ Jones, Andrew. China wants to launch its own Hubble-class telescope as part of space station. Space.com. 20 April 2021 [22 April 2021]. (原始内容存档于2021-05-06). 
  12. ^ 官方:计划明年发射国内首个大型空间巡天望远镜. 17 April 2022 [17 April 2022]. 
  13. ^ Outgunning NASA's Hubble, China Claims Its Xuntian Telescope with 350-Fold Bigger View Can Unravel 'Cosmic Mysteries'. 8 May 2022 [2022-06-02]. (原始内容存档于2022-06-11). 
  14. ^ 存档副本. [2022-06-07]. (原始内容存档于2022-06-07). 

外部連結[编辑]