俄空間望遠鏡研制歷程

文/尼莫

▲光譜-UV望遠鏡想象圖

7月13日，俄羅斯和德國聯合研制的光譜-RG（Spektr-RG）空間望遠鏡發射升空。這部X射線望遠鏡將飛向日地L2軌道開展為期6年半的天文觀測，是俄羅斯空間望遠鏡發展的一個重要里程碑。蘇聯/俄羅斯擁有強大的航天實力，載人航天領域的成就格外出色，而他們在空間天文領域也取得了一定的成就。

蘇聯空間望遠鏡姍姍來遲

歐美日等西方國家的空間望遠鏡占據了我們的大部分視野，其實蘇聯在空間天文觀測上起步也不算晚，但大型空間望遠鏡卻姍姍來遲，直到蘇聯末期才發射升空。1971年發射的禮炮一號空間站上就裝有獵戶座一號紫外望遠鏡。這是一臺口徑0.28米、焦距1.4米的光學望遠鏡，蘇聯航天員維克托·帕察耶夫操作這部望遠鏡進行天文觀測。1973年的聯盟13號任務中，聯盟飛船安裝了獵戶座二號紫外望遠鏡，航天員用它獲取了數千顆恒星的紫外光譜圖。蘇聯還發射了預報（Prognoz）系列科學研究衛星，研究太陽活動和地球磁場。1983年7月發射的預報9號衛星還帶有蘇聯研制的宇宙微波背景輻射研究設備Relikt-1。蘇聯還曾計劃發射更精密的Relikt-2，但蘇聯解體讓它永遠的停留在地面上。

蘇聯還研制了大型空間望遠鏡，Astron就是其中的典型代表。1983年3月23日蘇聯使用質子號火箭發射了基于第四代火星-金星探測器（4MV）平臺的Astron紫外天文望遠鏡，這部空間望遠鏡由克里米亞天文臺和拉沃契金設計局聯合研制，裝有一臺蘇聯和法國聯合研制的0.8米口徑的紫外望遠鏡，還裝有X射線望遠鏡。質子號火箭將Astron望遠鏡送入傾角48.4度、近地點約3萬公里，遠地點約18萬公里的高橢圓軌道，在地球本影和輻射帶外進行天文觀測。Astron望遠鏡設計壽命6年，它觀測了1985年的哈雷彗星回歸以及1987年的SN 1987A超新星爆發事件。

蘇聯時代還使用4MV平臺研制了另一部大型空間望遠鏡Granat，它曾被稱為Astron 2望遠鏡，平臺由拉沃契金設計局生產，觀測載荷由蘇聯、法國和丹麥聯合提供，是一部大型伽馬射線望遠鏡。1989年Granat望遠鏡由質子號火箭發射升空，進入近地點約1760公里、遠地點20.25萬公里的大橢圓軌道，它的光學部分為口徑1.2米、焦距2.5米的望遠鏡，后端探測儀器包括法國研制的SIGMA硬X射線望遠鏡，法國還提供了PHEBUS伽馬射線暴探測器和TOURNESOL高能光子探測器，丹麥提供了4個X射線觀測的WATCH載荷用于全天監視，蘇聯IKI研制了ART-P和ART-SX射線譜儀，列寧格勒的艾爾菲物理技術學院研制了KONUS觀測設備。這部空間望遠鏡攜帶了7種不同的探測儀器，觀測范圍覆蓋了從X射線到伽馬射線，不過它上天運行了不到5年，姿態控制就失效不得不轉為非定向模式，最后于1999年5月主動離軌墜入大氣層。

▲Astron望遠鏡

俄羅斯空間望遠鏡合作優先

▲granat望遠鏡

俄羅斯繼承了蘇聯的航天遺產，在經濟寬裕后也試圖在空間天文領域有所作為。俄羅斯2011年發射了光譜-R空間望遠鏡。光譜-R望遠鏡是一個10米口徑的射電望遠鏡，由天頂3F火箭發射升空，進入近地點約1萬公里、遠地點33.85萬公里的大橢圓軌道。光譜-R射電望遠鏡由拉沃契金設計局制造，其可折疊的大型拋物面天線直徑10米、焦距4.22米，表面精度高達0.5毫米，是目前世界上最大的空間射電望遠鏡。“光譜-R”和地面的射電望遠鏡構成甚長基線觀測網，通過無線電波對星系核和黑洞進行天文物理研究。俄羅斯2016年還使用聯盟2-1a火箭成功發射了米哈伊洛·羅蒙諾索夫天文衛星，它由米哈伊洛·羅蒙諾索夫大學研制，是一種發射質量620千克、載荷質量170千克的小型伽馬暴和高能宇宙射線研究衛星。遺憾的是，雖然它的設計壽命為3年，但2018年6月底數據傳輸就出現故障，后來始終沒有修復的消息。

▲Granat望遠鏡

▲折疊中的光譜-R望遠鏡

▲米哈伊洛·羅蒙諾索夫-伽瑪暴望遠鏡

2019年1月超期服役的光譜-R空間望遠鏡失控，5月30日光譜-R任務正式宣告結束。幸虧7月X射線觀測的光譜-RG望遠鏡升空，俄羅斯空間望遠鏡的空檔才沒有延續。光譜-RG是俄羅斯和德國的聯合項目，計劃在6年半時間里進行巡天掃描，探測約10萬個星系團和約300萬個黑洞，是俄羅斯空間望遠鏡承上啟下的代表之作。展望未來，俄羅斯雖然沒有新的X射線空間望遠鏡規劃，但新的空間望遠鏡計劃仍然雄心勃勃。俄羅斯正在論證名為光譜-M大型空間望遠鏡，這是一部口徑高達10米，觀測譜段覆蓋從亞毫米波到遠紅外的大型望遠鏡，被稱為是歐空局3.6米口徑的赫歇爾望遠鏡的后繼者，主要用于研究宇宙物質演化、黑洞和暗能量，未來打算也發射到日地L2軌道上。“光譜-M”由拉沃契金設計局研制，發射質量達到了6.24噸，不過在俄羅斯航天預算不斷削減的窘迫局面下，想要按計劃在2025年發射實在是很不現實。

▲光譜-UV望遠鏡示意圖

光譜-UV空間望遠鏡將是俄羅斯發射的下一部空間望遠鏡。它也由拉沃契金設計局研制，發射質量只有2.84噸，主要用于在110到320納米的紫外波段進行空間天文觀測，也被稱為世界紫外空間天文臺（WSO-UV）。冠名“世界”絕非偶然，它是俄羅斯、西班牙和德國等國家聯合研制的產物，最早甚至打算于2007年發射，現在發射時間已經推遲到2023年，但國際合作保證了項目不會輕易取消。光譜-UV望遠鏡使用一臺1.7米口徑的雷奇-克里提恩式望遠鏡(Ritchey-Chrétien)，后端主探測載荷高分辨率雙階梯光譜儀（HIRDES）由德國提供，而巡天無縫成像光譜儀（ISSIS）由西班牙提供。

縱觀蘇聯和俄羅斯時代的空間天文觀測，蘇聯起步較早但并沒有太大的成就，蘇聯末期連續發射大型空間望遠鏡，但都是國際合作項目。俄羅斯的空間望遠鏡不僅受到財政因素影響，而且更依賴外國提供的探測載荷，這也從側反映了俄羅斯高端工業某些方面的欠缺。