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2014-11-5

业余空间望远镜的设想

自从进入太空时代以来,业余爱好者对空间技术的兴趣就一直没有衰减过,站里之前提到过的CubeSat就为越来越多的普通人提供了触摸太空的机会。最近偶然读到一篇介绍,内里提到上世纪80年代末的一个大胆设想:建造业余空间望远镜。虽然这一计划至今尚未变成现实,现在看来也是颇有启发性的。

故事的背景始于哈勃空间望远镜(当时还只是叫做空间望远镜)计划的开启以及航天飞机的入役。为了扩大航天飞机的公众知名度,NASA提供了GAS(Get Away Specials)服务,可以让公众尤其是相关专业的学生在航天飞机货舱内搭载自己设计建造的实验载荷或小型卫星,待入轨后释放。于是来自美国新泽西州Rensselaer理工学院的一群太空迷在1979年启动了业余空间望远镜计划,它可以看作是哈勃望远镜的缩减版,正是要借助GAS项目升空。

业余空间望远镜的概念图,出自1982年前后的一本宣传册。

这架望远镜总重量80千克,按现在的标准属于微型卫星之列。它的核心组件是直径45厘米的RC式反射望远镜,长1.85米,宽1.5米,由入轨后展开的太阳能电池板提供电力。为了与航天飞机的货舱连接,望远镜底部呈八边形,长宽高各为50厘米。其上配备的星载仪器在当年也称得上是一流,主体是一对256像素见方的CID成像系统,覆盖从1微米的近红外到190纳米的紫外宽波段,最长可进行10小时的持续观测;此外它还计划搭载3台用于监测恒星亮度变化的光度计以及一台紫外光谱仪。优良的光学系统再结合太空的优越条件,业余空间望远镜的表现可以接近衍射极限。

为了保证足够的电力供应,望远镜的预定轨道是高500千米的太阳同步轨道,不过为了应对GAS计划的要求,这一点是可以通融的。整个卫星的控制部件采用的是抗辐射抗静电的RCA 1802蓝宝石硅片处理器。虽然现在看来这种芯片的技术很原始,当年它却是包括伽利略号木星探测器在内的诸多航天器的选择。

RCA 1802微型处理器的外观。

业余空间望远镜的目标也很雄心勃勃。当时看来超长的曝光时间是它独到的优势,因此它口径虽小,最暗却可以探测23等的天体。甚至这群太空迷还设想用它来指导哈勃空间望远镜:他们的业余空间望远镜会对木星和土星等行星进行常规高分辨率监测,如果发现了任何有趣的现象,就可以随时通知哈勃小组对其进行进一步研究。

与较高的光学质量以及雄心勃勃的目标相比,这架望远镜的预算相当便宜,在当时只有10万美元,考虑通货膨胀等因素后,在今天也只是30万美元不到。节约开支的秘诀在于充分利用市售零件,以及参与项目的志愿者的贡献,外加社会捐助。倘或升空,与业余空间望远镜保持通信也相对容易。只需价值400美元左右的业余无线电设备就可以收到星载0.5瓦发射机传输的数据了。

据说业余空间望远镜在1984年正式开始了建造工作,并于同年年底几近完成,计划于1985年发射升空。随后它受到的最大阻碍来自发射过程,毕竟当时NASA并没有固定的章程来应对航天飞机的微型卫星发射。计划的参与者曾打算利用他人捐助的GAS计划标准容器来对望远镜所需的关键元件进行空间测试,并且宣布相关设备将跟随航天飞机的第14次飞行升空。

随后这一计划就没有了任何音信。在挑战者号航天飞机1986年失事之前,没有任何一次航天飞机任务搭载了业余空间望远镜的相关载荷。后来由于事故之后NASA安全策略的变更,业余爱好者的载荷跟随航天飞机升空的难度大大增加,这架望远镜也逐渐淡出了人们的视野。

本人对此计划感触最深的,一是小组当年的远见。业余空间望远镜的配置现在看来可能不值得一提,但是在电子传感器尚未成熟、一般天文观测者普遍使用胶片拍摄天空的20世纪80年代绝对前卫。二来是当年这些爱好者的狂热程度,更关键的是狂热背后充分的软硬件支持——文中提到,美国最早的业余无线电通信卫星早在1961年即已升空,由此普通人只要有足够的兴趣,也可以积累到参与太空计划的足够经验。

很难想象,如果业余空间望远镜真的变成了现实,如今的空间天文学会是怎样的格局?哈勃这样的专业设备是否真的会参照爱好者的指导来确定观测目标?而在小型卫星日益流行、寻找发射提供商也愈加容易的今天,会不会有新一代太空迷协力建造出新的业余望远镜,并将其真正送入太空?这样的场景还是很值得期待的。

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