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第8章 可爱?可恨?——不完美的太空望远镜 (2)

因为在光学望远镜组合上的预算持续膨胀,进度也落后的情况下,对珀金埃尔默能否胜任后续工作的质疑继续存在。为了回应被描述成“未定案和善变的日报表”,NASA将发射的日期再延至1985年的4月。但是,珀金埃尔默的进度持续的每季增加一个月的速率恶化中,时间上的延迟也达到每个工作天都在持续落后中。NASA被迫延后发射日期,先延至1986年3月,然后又延至1986年9月。这时整个计划的总花费已经高达11亿7500万美金。

哥伦比亚号航天飞机

美国哥伦比亚号航天飞机1999年7月23日升空,把钱德拉X射线太空望远镜送到了太空,目的是帮助天文学家搜寻宇宙中的黑洞和暗物质,从而更深入地了解宇宙的起源和演化过程。它的造价高达15.5亿美元(约合103亿元人民币)之巨,加上航天飞机发射和在轨运行费用,项目总成本高达28亿美元(约合183亿元人民币)。

运载赫歇尔望远镜的火箭

欧洲航天局发射的世界最大远红外太空望远镜“赫歇尔”望远镜造价10亿欧元。甚至连“小规模”的太空望远镜也价格不菲,欧洲航天局(ESA)研究宇宙大爆炸的“普朗克”太空望远镜,造价也达7000万欧元。

而我国即将发射的太空望远镜耗费也不容小觑。李惕碚介绍,目前设计项目已立项,地面样机已完成,但由于资金环节有些问题,工程项目获批了,但还没开始进行。他介绍,这台望远镜本身需3亿元人民币,加上卫星和火箭,计划总造价在10亿元人民币左右。

知识卡片:

珀金埃尔默

PerkinElmer股份有限公司是是一家美国的跨国技术公司,其主要业务范围包括生命和分析科学,光电技术和流体科学。前期主要产品有分析仪器等,同时也是生化领域占全球第三位的领先供应商,特别是在药物高通量筛选、全自动液体处理和样品制备方面是世界第一位的供应商。

欧元

欧元是欧盟中17个国家的货币。欧元的17会员国是爱尔兰、奥地利、比利时、德国、法国、芬兰、荷兰、卢森堡、葡萄牙、西班牙、希腊、意大利、斯洛文尼亚、塞浦路斯、马耳他、斯洛伐克、爱沙尼亚。欧元由欧洲中央银行(European Central Bank,ECB)和各欧元区国家的中央银行组成的欧洲中央银行系统(European System of Central Banks,ESCB)负责管理。

总部坐落于德国法兰克福的欧洲中央银行有独立制定货币政策的权力,欧元区国家的中央银行参与欧元纸币和欧元硬币的印刷、铸造与发行,并负责欧元区支付系统的运作。

4.复杂的修理与维护

平时我们自己用的望远镜的保养与修理是一个比较麻烦的过程,那么,我们可以想象一下,在太空里的望远镜的维护是何等困难!

对各种人造天体的维修和维护是一种特殊勤务活动。它的应用范围很广,包括对各种航天器和航天设备的回收、修复、更换等。空间维修和维护必须有两个条件,一是航天器能够拆卸;二是要有长时间空间停留的载人航天器。对此能够做到的只有航天飞机和空间站。迄今为止,空间维修都是由航天员在太空完成的。

宇航员维修空间站

比如,1984年4月,“挑战者”号航天飞机曾修复了一颗已失效3年的卫星。这颗以探测太阳为主要任务的卫星是1980年2月发射升空的,可是它在运行10个月后,一个控制装置烧坏,一个电子仪器箱失灵,卫星失去效用。航天员利用机械手将它“捕捉”到航天飞机货舱里,修复后又重新置入轨道。

奋进号

在太空维修不同于地面,除了要克服引力问题,还有很多意想不到的意外发生。

正在太空的美国“奋进”号上的机组成员昨天开始进行第一次太空行走,维修国际空间站的太阳能系统,工作中出现了一个小意外,一个包从正在工作的宇航员身边划过。

宇航员为哈勃维修光谱仪

前文介绍过,哈勃望远镜已经进行过五次维修。其中,对哈勃望远镜进行的最后一次维护让美国宇航局花费近8亿美元,此次最艰巨的一步是修复成像光谱仪。该光谱仪主要用于分析宇宙中从遥远的天体发出的光,但因为电路板故障,光谱仪于2004年就停止了工作。

知识卡片:

电路板

电路板的名称有:线路板,PCB板,铝基板,高频板,PCB,超薄线路板,超薄电路板,印刷(铜刻蚀技术)电路板等。电路板使电路迷你化、直观化,对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。

5.坠落的太空垃圾

垃圾在地球上,可能只会让人们嫌弃,但在太空里,它们却是致命的。从苏联发射了人类历史上的第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”到显现,半个多世纪过去了,宇航员进入近地太空已经不是什么新鲜事了。在太空探索的征途中,我们取得了一系列成就,但同时也制造了大量太空垃圾。它们的存在以及如何处理成为一个困扰人类的难题。

太空垃圾

每次发射航天器都会制造大量垃圾,例如螺栓、推进器、连接环和绝缘材料。根据美国宇航局、北美航空航天防御司令部、美国联邦通信委员会以及美国其他机构和国际机构提供的统计数据,盘旋在地球上空的太空垃圾数量惊人,10厘米以上的太空垃圾达到1.7万个,2.5到7.5厘米的太空垃圾达到20万个,2.5厘米以下的太空垃圾更是达到数百万之多。

在个头最大的太空垃圾中,很多垃圾的尺寸都远远超过10厘米,例如老化和废弃的卫星,其中一些的体积与校车相当,重量达到数吨,像废弃的游艇一样在太空中游荡。9月末,宇航局1991年发射的一颗重6吨的卫星坠落地球,最后安全落入南太平洋。

废弃的卫星

2011年10月,德国航天局宣布2.5吨重的太空望远镜ROSAT(罗萨特)将在10月末或者11月初坠落地球,坠落地点仍是一个未知数。 这个名为“ROSAT”号的德国X射线望远镜是由德、英、美三国基于英国和美国技术制造的。自1999年后,地面失去了对“ROSAT”号的联系和控制。预计它将在本月末穿越地球大气层返回地球。

德国宇航中心发出警告称,本月底可能会有30块“总计达1.6吨的零件碎片到达地球表面”。由于“ROSAT”号望远镜的耐高温镜片不会在穿过大气层时烧毁,因此落到地球上的碎片可能包括锋利的镜片。

艺术家印象中的ROSAT号太空望远镜

专家称,它的残骸最早将于今年10月末撞击地球,最大碎片有400公斤,是美国坠毁卫星最大碎片的3倍重。德国紧急部门已经就此开展紧急演习,应对卫星碎片对人们的伤害。9月时,德国宇航中心预计,这座望远镜撞上地球砸伤人的几率为1/2000,高于美国宇航局此前预测7吨重废弃“高层大气研究卫星”(UARS)撞上地球伤及人的比例1/3200。

虽然在穿越地球大气层过程中,绝大多数碎片在坠地前就已经化为灰烬。但如果个头太大,航天器在穿越大气层时并不会完全燃烧殆尽。1979年7月,宇航局太空实验室的大块碎片便穿过大气层并最终坠入澳大利亚内陆地区。此外,航天器的部分组件具有较高的耐火性,能够在重返大气层过程中幸存。德国的ROSAT,这架太空望远镜采用厚重的耐热玻璃和陶瓷制造反射镜,所以会有不少随便坠入地球。

航天器坠落示意图

解决太空垃圾问题的手段并不多。在设计和制造航天器时,设计师应尽量少采用最后脱离母体的部件。科学家则应改善追踪手段,更准确预测废弃卫星的坠落时间。实际上,如果卫星仍有燃料和电力,科学家可以在海洋为其寻找一个安全坠落点,但通常的情况却是既无燃料,也无电力。

知识卡片:

斯普特尼克一号

斯普特尼克一号是人类第一颗人造卫星,由前苏联火箭专家科罗廖夫利用导弹改制而成,为铝制球体,直径58厘米,重83.6千克,球体,有4根鞭状天线,内装有科学仪器。

1957年10月4日前苏联在拜科努尔航天中心发射升空,升空后发射了3个星期信号,在轨道中度过3个多月,围绕地球转了1400多圈,最后坠入大气层消失。斯普特尼克一号是航天启蒙时代的产物,是冷战时期太空竞争的标志。

太空垃圾

太空垃圾(Space debris 或 space junk)是围绕地球轨道的无用人造物体。太空垃圾小到由人造卫星碎片、漆片、粉尘,大到整个火箭发动机构成。自2009年1月以来已有大量的太空垃圾在太空轨道中。

由于高速的轨道碎片可对运转的卫星造成极大损害,太空垃圾成为日益受到关注问题。2011年9月2日,欧洲航天局(ESA)公布了近地轨道区域的太空垃圾合成图片。美国全国研究委员会9月1日公布报告称,地球上空的太空垃圾数量已经达到“临界点”。该委员会呼吁美国航天局(NASA)采取措施减缓太空垃圾的影响。

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