接下来是一些碎碎念,可(yī)能(dìng)含有暴论。
还记得在空间站建设高峰期,隔三差五就能看到关于巡天发射时间的讨论,这几年下来,似乎大家都已经习惯了等待。但其实,CSST的技术跨度之大,完全可以对得起这几年的等待。在此之前我国在大口径空间光学望远镜领域几乎是一片空白,放宽到地基望远镜,我国目前也只有不过几台2米级直径的镜子,以及唯一一个在国际上真正具有一定竞争力的望远镜——LAMOST。但就是这样的基础条件下,CSST却直接瞄准世界先进水平,跻身当代最先进的三台空间巡天望远镜之列,与ESA的欧几里得和NASA的罗曼·南希共同扛起2030s前后空间光学巡天的大梁。三台望远镜既有互补也有竞争,CSST强调自洽,拥有最丰富的科学仪器和覆盖波段,最大的视场和计划巡天面积,在多色和光谱能力上有独特优势,并且也已与友商初步建立了合作团队。但是这么大的跨越也要付出代价,首先是这三台望远镜中最长的推迟时间——虽然早期宣布的计划发射时间一开始就不太现实,其次则是质量,CSST的发射质量是欧几里得的八倍,罗曼·南希的两倍。第一步总是最难的。
这次报告中也展现了一些有趣的变化,比如CMOS的崛起。CMOS在民用领域很早就就将CCD彻底淘汰,而科学用高端传感器领域,则一直是CCD最后的堡垒。在很多重要指标上,目前的CMOS还是无法赶上CCD,但是正快速发展并且拥有更大潜力的CMOS在科学领域的应用已经开始,并且方兴未艾,比如时域天文。更可喜的是,我国在CMOS领域与世界最先进水平的差距也越来越小。在CSST的研制中,中电科44所花了七年也不过追平开始时的国际成熟货架产品,在红外波段的差距更是惊人。而在CMOS中,中国厂商在民用市场上攻城略地的同时,在科学领域,长光辰芯等中国厂商也有了一席之地,足以与几家老牌巨头相提并论。
回过头来看,其实今天我们再看CSST,会发现另一个新问题,低轨星座的干扰。当初2014年CSST从空间站中独立出来,为了维护性考虑敲定了与空间站共轨飞行的方案时,恐怕谁都无法预料仅仅十余年后,近地轨道的卫星数量会暴涨至如此地步。如今星链已经对地基天文观测产生了可观的影响,而未来不仅星链的增长尚未停止,我国的星网和千帆等星座也将进入密集建设期,雪上加霜的是,CSST的轨道高度低于绝大部分低轨星座的规划,也将成为世界重点空间光学项目中受干扰最严重的之一。根据一篇仿真论文(Alejandro S. Borlaff等.Satellite Megaconstellations Will Threaten Space-based Astronomy),目前近万颗低轨星座的条件下,CSST预计有70%上下的成像被污染,平均每幅照片2条星轨,影响0.04%的视场;如果未来几个星座都建设完成,达到十万颗卫星,这些数字会变成90%以上,平均每幅近20条星轨,影响超过0.4%的视场。(图13 是几个空间望远镜与低轨星座的轨道高度与密度示意图,图14 是模拟受干扰成像,图15 是干扰程度随星座数量的变化)好在我们很早就注意到了这个问题,相关单位也开展过论证,可以用算法尽可能消除影响。另一种或许可行的方法是和空间站共轨面但提高高度,只需要到600km高度都会改善很多,但是对整个任务规划都会提出更高要求。
如今欧几里得已经入轨工作两年多,CSST和罗曼·南希不出意外也都会在2027年发射,开始各自的巡天任务,推动我们对宇宙的认识更进一步。而在巡天之外,空间科学先导专项二期和天问工程的项目也正在越来越多地瞄准国际前沿领域,走上没有前人足迹的道路,视角放回地面,冷湖一系列地基望远镜项目也已进入密集的建设或筹备阶段。
某种意义上说,这些并不直接服务于社会生产的“奇观”也是国家层面“权责一致”的体现,正如在日地L2点独自徘徊的詹姆斯·韦布望远镜上,闪耀着西方“人类灯塔”最后余晖的18块拼接镀金铍主镜。未来随着世界攻守之势异也,我国这样的项目只会越来越多,而CSST将会成为那段辉煌的起点。
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