SpaceX星舰或将重塑天体物理观测新可能

纯牛马 · 4 小时前

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NASA的“Astro2020”十年规划曾提出新一代“大型观测台”计划，旨在覆盖全电磁波谱，性能超越哈勃、韦伯等前辈。
然而，预算限制使这些观测台的发射时间推迟至2040年代，可能造成2030年代旗舰级观测能力的十年空窗期。

运载技术瓶颈
过去二十年，太空任务设计受限于运载火箭性能。
低地球轨道运载能力仅10-25吨，货舱直径普遍为4-5米。NASA的韦伯望远镜（JWST）便因运载限制，被迫采用复杂的折叠镜面和遮阳罩设计，增加了成本与风险。

星舰的突破
SpaceX的星舰系统（含超重型助推器）计划实现完全可重复使用。
其运载能力达低地球轨道100吨、日地L2轨道18吨，货舱直径扩至8米，成本或低于现有中型火箭。若成功，星舰可将观测台质量提升4-10倍，并允许使用更简单的重型组件，减少精密折叠结构需求。
简化设计与成本控制
传统任务因质量限制需采用轻质材料（如韦伯的铍镜），而星舰的冗余运力支持更稳健设计。
例如，NASA的SPHEREx任务曾用富余载荷替换高风险技术，改用成熟铝材降低成本。
据估算，星舰可能将任务总成本减半，使原定2040年代的项目提前至2030年代。
助力观测
射电波段：星舰可一次部署多台30米天线，构建地外干涉阵列，提升黑洞成像分辨率；
红外与光学：更大镜面（如6米单镜）可简化系外行星大气光谱分析，加速搜寻地外生命；
X射线：更厚的镜片材料能增强刚度，降低高精度镜面校准难度；
月球远端观测：运送百吨设备至月球，探测地球无线电干扰屏蔽下的宇宙“黑暗时代”信号。
风险挑战
目前，星舰尚未验证轨道加油、高频复用等关键技术，最终成本与运力可能不及预期。
NASA的SLS火箭虽运力相当，但单次发射成本高达8-27亿美元，且产能有限。此外，更大载荷需配备更强姿态控制模块，可能影响任务寿命。
未来准备
若星舰在五年内验证成功，NASA需提前规划如何利用其运力优势。
协调性研究可探索简化设计、降低成本的具体路径，确保“Astro2020”目标不被技术乐观情绪裹挟。即便星舰未达预期，相关预研仍能为下一代运载技术积累经验。
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* 本文综合自NASA公开报告、SpaceX用户指南及《物理学今日》2023年2月刊。数据及表述均以官方发布为准，如有错误，欢迎评论区指正！

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