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    口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

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      🌾袁隆平

      欧空局“欧几里得”空间望远镜在其发射之旅中达到了另一个里程碑,欧几里得望远镜的两台仪器现在已经建成并进行了全面测试。这些已经交付给位于法国图卢兹的空中客车防务和太空公司,在那里它们正在与望远镜集成,以形成任务的有效载荷模块。欧几里得望远镜由一个1.2米长的镜面望远镜组成,它被设计成同时工作在可见光和近红外波段。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      欧几里得望远镜将从遥远的宇宙物体收集光线,并将其传送到两台仪器中。可见光仪器(VIS)和近红外光谱仪和光度计(NISP)将并行运行,同时记录望远镜看向的天空任何部分数据。欧几里得望远镜将测量超过10亿个星系的形状,以及超过三分之一天空中数千万个星系的精确红移,红移是宇宙膨胀引起的一种效应,宇宙膨胀拉长了遥远星系发出光的波长。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      星系距离越远,其红移就越极端越明显,欧几里得望远镜观测中的星系,将跨越100亿年的宇宙历史,使科学家能够研究被认为主导宇宙的神秘暗物质和暗能量。可见光仪器(VIS)将通过尽可能拍摄最好的遥远星系图像来处理星系形状的精确测量。为此,该仪器使用了36个CCD,每个CCD包含4000像素乘以4000像素,这使得探测器的总像素约为6亿像素。

      不仅仅是6亿像素

      英国伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室VIS仪器负责人、教授马克·克罗珀(Mark Cropper)表示:十几年来,可见光仪器(VIS)的设计、开发、制造、测试和校准符合严格的规范,这是一个挑战。对可见光仪器(VIS)团队将这个项目推向高潮所取得的成就感到非常自豪,最终的表现超出了预期,这是对他们的专业知识、奉献精神和专业精神的赞扬。

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      不仅像素数量令人印象深刻,该仪器还将在长时间的集成时间内,在广泛波长范围内提供最佳的微光灵敏度。欧空局可见光仪器(VIS)有效载荷工程师亚历克斯·肖特(Alex Short)说:这些是非常特殊的CCD,它们是多年来专门为欧几里得望远镜开发的。另一台光度计(NISP)仪器致力于对星系进行光谱测量,这涉及到将光分成单独的波长,这样就可以推断出红移。

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      这一特性使宇宙学家可以估计到该星系的距离,并将使欧几里得望远镜数据成为有史以来对宇宙进行最大规模、最准确的三维(3D)观测。来自法国马赛CNES和天体物理实验室光度计(NISP)仪器项目经理Thierry Maciaszek说:国际光度计(NISP)团队和支持行业为设计、开发和测试这台具有挑战性的仪器,做出了令人难以置信的工作。然而,这并不是故事的结束,因为许多主要活动都需要与光度计(NISP)在卫星层面上完成。

      最优陶瓷但具挑战

      开发团队正在焦急地等待飞行中的第一缕曙光,展示出色的观测能力。光度计(NISP)探测器将具有红外仪器有史以来在太空飞行的最大视野。欧空局任务系统和光度计(NISP)仪器工程师托拜厄斯·博恩克(Tobias Boenke)说:光学设备的质量令人惊叹。实现欧几里得望远镜超乎寻常的光学精度一个关键因素是:在该项目历史早期就做出了用碳化硅建造整个有效载荷模块的决定。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      欧空局率先使用这种材料制造赫歇尔太空望远镜。在欧空局盖亚卫星任务中,航天器子系统的支撑结构安装在碳化硅框架上。在欧几里得望远镜上,这种材料已经被用于仪器和望远镜。金属会随着温度的变化而膨胀和收缩,从而降低光学系统聚焦光线的能力,而碳化硅对这种温度变化非常稳定。但使用这种化合物也带来了挑战,碳化硅是一种陶瓷,比金属脆得多。

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      因为能够用这种材料制造仪器,并确保它们在发射过程中不会损坏,这是一个巨大的挑战。与可见光仪器(VIS)一样,光度计(NISP)也使用专门设计的最先进探测器来记录来自遥远恒星和星系的微弱光线。与可见光仪器(VIS)不同,光度计(NISP)也可以在光谱模式下运行。探测器可在低温-180°C下进行工作,可提供超低噪声和高灵敏度,记录这些“光谱”并将其转换为微小的电子信号。然后,这些信号可以被放大并精确测量,以提供光度和光谱红移。

      推向极限性能

      这些仪器将接收欧几里德望远镜发收集的光,望远镜已经在图卢兹的空中客车公司组装完毕。和仪器一样,它也是由碳化硅制成,在所有意义上都是一种最先进的结构。欧空局任务性能与光学系统工程师路易斯·米格尔·加斯帕·维纳西奥表示:我们正在将所有制造水平推向极限。望远镜后面有一个特殊的部件,叫做二色镜,它将收集到的光分开,并将可见光波长转移到可见光,将红外波长转移到光度计(NISP)。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      当来自可见光仪器(VIS)和光度计(NISP)的信息结合在一起时,科学家们将能够推断出宇宙大规模分布的星系结构,在整个宇宙历史上是如何建立起来的。这将帮助天文学家确定这些结构的增长速度,为宇宙中暗物质和暗能量的性质和数量提供强有力的约束。现在这些仪器已经交付给空中客车公司,它们将首先与望远镜集成,然后与有效载荷模块的其余部分集成,走到这一步是一段漫长的旅程。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      欧几里得望远镜在经历了近五年的研究后,于2011年被选中实施。虽然前面还有很多艰苦的工作和测试,但仪器和望远镜的交付意味着航天器可以真正开始组装起来。欧几里得望远镜终于不再仅仅是纸了,它是一件很棒的硬件,在某种程度上很美。未来集成有效载荷模块将持续几个月,因为这是一项艰苦的工作,将所有东西用螺栓固定在一起,精确对准,并进行电子校准。

      组装和发射准备

      仪器的控制单元已经机械和电气集成到有效载荷模块,这些测试已经证实,这些仪器可以由航天器正常供电,可以与机载计算机通信,并可以将科学数据传输到地面,然后通过航天器天线下载到地面。一旦欧几里得望远镜与有效载荷模块的其余部分集成在一起,它将被运往比利时列日空间中心,在一个可以尽可能模拟太空和地球条件的热真空室中进行“端到端”测试,这项测试计划在2021年2月和3月进行。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      一旦测试表明一切工作正常,有效载荷模块将被运往位于意大利都灵的主承包商泰利斯·阿莱尼亚太空公司(TAS),TAS一直在建造服务舱,其中包含电力、推进和通信等基本系统。服务舱的主要结构现在已经通过了结构和热测试,现在已经准备好在里面集成各种系统。助教将首先铺设推进系统的管道,并铺设其他分布式系统的电缆。飞行电子设备,包括计算机、动力装置和姿态控制装置,已经安装在它们自己的结构板上,现在将安装在主结构内。

      口径达1.2米,6亿像素,陶瓷结构的“欧几里得”望远镜即将问世

      整合工作将于今年第三季度完成,届时将进行测试。然后,美国宇航局(NASA)将把有效载荷模块和服务模块整合在一起,形成最终完成的航天器。然后,另一轮测试将确保一切正常工作,在这一点上,航天器基本上完成了,并准备发射。目前计划于2022年下半年从欧洲航天港法属圭亚那的库鲁发射,不得不说又一架举世闻名的空间望远镜将问世,让我们期待和祝福一切顺利吧!

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