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天文望远镜是谁发明的(“鸽王”詹姆斯·韦伯空间望远镜的心酸发射史)

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜从南美洲东北海岸的法属圭亚那起飞，乘坐欧洲的阿丽亚娜火箭进入圣诞节早晨的天空。

这意味着世界上最大、最强的太空望远镜将出发，观察第一批恒星和星系发出的光，并在宇宙中搜寻生命的迹象。

NASA 科学任务负责人 Thomas Zurbuchen 说：“多么棒的圣诞礼物啊。”

前瞻：下一代空间望远镜

前瞻性是推动人类社会发展的重要思维方式。早在哈勃空间望远镜发射前，科学家们就已经在畅想未来了——哈勃退役后，下一代空间望远镜是什么样的？

1989年9月，距离哈勃发射还有半年时间，美国空间望远镜研究所（STScI）和NASA汇集了130多名天文学家和工程师，共同主办了“下一代空间望远镜”研讨会。会议研究分析了2005年在高地球轨道上建造10米口径近红外望远镜或在月面建造16米口径望远镜的可行性。哈勃发射后，科学家发现哈勃的能力依然有限，不能看到宇宙诞生最初5亿年的中红外波段影像。1996年，由天文学家艾伦·德雷斯勒（Alan Dressler）领导的委员会向NASA正式提议研制一款红外空间望远镜，以弥补哈勃的不足，其设计指标是能够看到130亿年前宇宙诞生的“第一缕曙光”。

时任NASA局长的丹尼尔·戈尔丁（Daniel Goldin）对此非常感兴趣，经过初步研究他们确定了“下一代空间望远镜”的技术指标：主镜直径8米、镜面材料为轻质金属铍、工作温度低至-223℃、工作轨道位于日地拉格朗日L2点，这些初期设计指标与如今完工的韦伯望远镜几乎完全一致。

天文学家们也曾对如此激进的设计指标产生质疑，这会带来极高的研发成本。与此同时，丹尼尔·戈尔丁在担任NASA局长一职时实行“更快、更好、更便宜”的发展战略，以更快的制造速度、更低的制造成本来完成一些更鼓舞人心的任务。在这种领导战略的思维方式下，人们预估“下一代空间望远镜”的成本只有约5亿美元，发射时间预计为2007年到2011年，这一成本与时间在当时还可以接受。

起初这一战略似乎奏效了：1997年的火星探路者任务、1998年的月球勘探者任务均大获成功。然而在1999年，广域红外探测器一经发射，携带的制冷剂就因低级失误而泄漏地一干二净，探测器接近报废；两个火星任务——火星气候探测器、火星极地着陆器也均因低级失误造成了灾难性损失，颗粒无收。事实证明，“更快、更便宜”的同时并不能做到“更好”，严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失才是航天领域应有的态度。

此后NASA便对探测器的制造过程加以严格约束，以尽量保证任务不会出差错，随之而来的就是成本升高。这种战略性转变使韦伯望远镜的成本升至10亿美元以上，主镜直径也从8米减少到6.5米，以降低成本。另外，额外的测试表明这枚望远镜似乎不可能在2011年前发射升空了。

此时的人们还没有意识到事情的严重性与复杂性：更强劲的望远镜要求有更高的品控，更高的品控带来更高的成本，更高的成本决定了这一款望远镜的性能必然更加强劲——他们已经陷入了一个“死循环”。

新的世纪，新的希望

人们怀着满腔热情迎来了崭新的21世纪。2002年，“新一代空间望远镜”以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯命名，在他的带领下NASA实现了阿波罗载人登月的壮举。从此，全世界都在等待着这台叫做“詹姆斯·韦伯”的巨大空间望远镜升空。

在新世纪的前几年里，望远镜团队一直在为韦伯望远镜的可行性进行论证。为了提高望远镜分辨率，他们设计了巨大的可折叠主镜；为了降低温度，他们设计了与网球场差不多大但与头发丝差不多薄的巨大隔热罩；为了产出质量更高的观测数据，他们设计了四款极其先进的红外镜头或光谱仪载荷。2004年，整部望远镜难度最大、要求最高的核心部件开始投入前期生产，包括18面主镜以及四款科学载荷，此时其预期成本约16亿美元。

2005年，美国NASA与欧空局达成协议，将会使用一枚欧空局的阿丽亚娜5号火箭发射韦伯望远镜。2007年，整个韦伯望远镜的大部分核心设计通过了前期的审查，标志着韦伯望远镜的详细设计、采购、组装和测试正式开始。然而，人们依然低估了韦伯望远镜的制作难度，其实际成本大大超出了韦伯望远镜的预算。仅仅在这前期的技术论证环节，韦伯望远镜就烧掉了20亿美元，额外的测试环节也使发射时间推迟到了2014年。

起死回生

任务推进过程中的成本和测试时间问题逐渐凸显。2010年11月，新的统计显示韦伯望远镜的总成本增长到50亿美元，发射时间不早于2015年9月，比计划又推迟了一年多。《自然》杂志刊文将韦伯望远镜称为“吞噬天文学的望远镜”，因为其巨额的开销已经影响到了其他天体物理学研究任务的经费。

2011年7月，美国国会议员投票决定将从NASA的2012年预算中削减19亿美元，以取消韦伯望远镜计划——此时其总成本飙升到了65亿美元，且发射时间推迟到了2018年。国会指责NASA成本的飙升并非遇到了技术问题，而是管理方式出现了失误。这是整个韦伯望远镜从规划以来面临的最大挑战，难道已经进行了十余年的前期论证、已经完成基本设计的主镜与科学载荷、已经投入的几十亿美元都付诸东流了吗？

政客们认为韦伯望远镜是毫无意义的烧钱无底洞，但是抱有理想的科学家们仍视之为珍宝，他们实在不忍心放弃韦伯这款史上最强劲的空间望远镜。经过一番斡旋，2011年11月NASA与参众两院达成共识：众议院取消韦伯望远镜计划的提议被取消，但妥协的代价是该计划的支出只能限制在80亿美元以下。NASA表示将推迟其他计划，诸如缩减商业载人飞船的研发支出，以确保望远镜在2018年发射。

没有B计划

韦伯望远镜的建造过程要同时保证其高性能与高质量。哈勃空间望远镜运行于600公里高的近地轨道，如果有故障可以派航天员前去维修，而韦伯空间望远镜将会运行在距离地球150万公里远的日地拉格朗日L2点，发射后一旦出现故障将是不可挽回的损失，没有B计划作为退路。

因此，韦伯望远镜的各个器件都在极高的标准下进行生产，并在极其严苛的条件下进行测试。2011年，第一面六边形主镜生产完毕，总耗时六年之久。主镜的品控要求极高，每面六边形主镜可以允许的最大起伏仅为25纳米，如果把这面镜片放大到月球的大小，其最大起伏将不能超过8厘米。

2012年到2014年，四款科学载荷依次完成生产，共同组装为综合科学仪器模块（ISIM）并进入测试环节，在戈达德太空环境模拟器中进行了数次低温测试及真空测试。2015年，主镜的18片六边形镜片全部完成生产。2016年底，整部望远镜的主要结构均完成了生产，随后便是漫长的振动、低温等测试环节。2017年，光学望远镜模块整体进行了长达100天的低温测试，以确保其所有系统在类似的太空环境中能够正常运行。

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