探测宇宙的年轮

+ 刘进军

导读：上个世纪的苏联，曾经是世界第一的航天强国，就连美国都屈居第二。苏联曾经提出若干建设大型太空望远镜的设想，以期更多地了解宇宙的秘密，然而随着国家的动荡瓦解，这些计划也都或多或少地被搁置或者被消减，虽然其中有部分在俄罗斯度过经济动荡时期之后得到重启，但是曾经的优势已不复存在。

今天，我们就来认识一下那些命运多舛的太空望远镜：苏联的“斯皮卡”（Spika）紫外望远镜，以及在1980年代末期由苏联提出、后由俄罗斯实现的三大“伟大的观测台”计划：“频谱-射电”号、“频谱-X射线”号和“频谱-紫外”号太空望远镜。

“斯皮卡”紫外望远镜

宇宙的奥秘就锁在宇宙里！如何找到正确的密码？

当下，天文学正在经历一个非常令人兴奋的时代。人类看到的各种现象都与宇宙密切关联，但人类看见的宇宙只有很小一部分。太空望远镜回答宇宙奥秘的时刻已经来到。

人类的眼睛无法观察到宇宙的射线，例如无线电波、红外线、X射线。20世纪中期，天文学得到迅速发展，人类发现：宇宙是一个更多样化、更动态的世界。

蝴蝶星云

1983年3月，苏联发射了与法国合作开发的太空天文观测台——“斯皮卡”（Spika）。这架太空望远镜载有一台紫外望远镜，主镜直径为0.8米。这个项目由克里米亚天文物理观测站负责人安德烈·塞佛尼领导的一个团队负责，塞佛尼和他的同事博亚尔丘克和格拉尼斯奇将项目推进到开发阶段。

这时，阻碍出现了。“斯皮卡”项目主要承包商拉沃契金设计局的首席设计师维恰斯拉夫·库沃图恩科对天文观测台项目持怀疑态度，拉沃契金设计局也经常在科学界诋毁天文卫星项目计划。塞佛尼知道，仅凭自己的力量难以左右苏联最著名的设计局。他想了一个妙招：向苏联共产党中央委员会写了一封游说信，讲述天文卫星和宇宙探索的伟大意义、前景和影响。果然，这一招一击致命，基本上迫使库沃图恩科遵守计划，老老实实地研制“斯皮卡”太空望远镜。最终，“斯皮卡”成功发射入轨。

太空钻戒——Arp 147星系

螺旋星系

非常幸运的是，“斯皮卡”太空望远镜观测到了壮观的1987A号超新星的爆发，举世闻名、意义重大。不幸的是，“斯皮卡”号的科学有效性受到克里米亚半岛叶夫帕托里亚地区单一地面接收天线数量的限制。结果，来自“斯皮卡”号的科学数据被来自西方“国际紫外线（IUE）”探测器的数据淹没了，后者主镜直径只有“斯皮卡”号直径的一半，但数据接收由位于美国哥达德太空飞行中心的一对地面天线和位于西班牙的“维拉·弗兰卡”天线支持，更容易获得更多的数据。这让苏联科学家非常沮丧。

来自“斯皮卡”的数据被存储在一个集中的档案中，这让世界各地的科学家更容易获得来自苏联航天器的信息。

1989年6月，“斯皮卡”号停止了积极的工作。在那个时候，苏联科学家设想了一个更大的紫外望远镜，称为“频谱-紫外（Spektr-UF）”太空望远镜。

“频谱-射电”太空望远镜

这一次，俄罗斯天体物理学家希望能够真正主导一个国际天文观测领域，与来自全世界的科学家分享广泛和丰富的天文数据。然而，美好的梦想路途艰难，由于各种原因，“频谱-紫外”项目几次生而复死，几次死而复生，一再拖延。科学，在磨难之中艰难前行。（关于“频谱-紫外”号，后文将开辟专门的章节描述。）

“频谱-射电”太空望远镜

如果将一座天文台送到太空多好啊!

如果能在太空中观测宇宙那就更好了!

为此，1980年代末期，苏联提出了三大“伟大的观测台”的计划：“频谱-射电”号、“频谱-X射线”号和“频谱-紫外”号。

·“频谱-R”(Spektr-R)射电太空望远镜，或称为射电轨道天文台、射电太空天体物理观测台；

·“频谱-RG”(Spektr-RG，Rentgen)X射线太空望远镜，或称为X射线轨道天文台、X射线太空天体物理观测台；

·“频谱-UF”(Spektr-UF，Ultraf i olet)紫外太空望远镜，或称为紫外天文台、紫外太空天体物理观测台；

其中，“频谱-R”太空望远镜,也称为“频谱-射电”太空望远镜，由俄罗斯太空天文中心开发，俄罗斯拉沃契金科研生产联合体研制，是进入21世纪后俄罗斯第一个天体物理学航天器、第一颗太空望远镜。“频谱-射电”太空望远镜的目标是侦听来自宇宙的无线电波。它承载着开创全新一代太空天文台，并启动俄罗斯的太空天文学研究的重任。

1、研制之路

“频谱-射电”太空望远镜的伟大设想可以追溯到1980 年代初。当时，苏联是世界第一的航天强国，其发射的火箭、卫星、飞船、空间站、太空探测器等航天器总数，占世界总发射量的70%。位居第二的美国，无论航天技术实力还是卫星数量上都与其相差甚远。

但在这些发射中，军事卫星占70%以上，天文科学家则认为：宇宙探索是世界上最伟大的科学任务，比那些毫无科学价值的军事卫星更有意义，对人类贡献更大。但当苏联天文科学家向政府建议建造太空射电望远镜时，得到的回答是：“地球上的事情重要，还是遥远的宇宙中的事情重要？”苏联天文科学家只好低下头回答：“当然地球上的事情重要。”

“回去吧！想想怎样把资本主义消灭掉！”“那太空射电望远镜的事……”“等咱们让共产主义的旗帜在全世界飘扬后，你那个什么太空射电望远镜就可以建造了！”

然而没过几年，苏联便分崩离析，太空射电望远镜项目更再也没有人提起。十多年后，俄罗斯的经济稍有恢复，天文科学家才又提议建造太空射电望远镜。

2002年，俄罗斯科学院给了天体物理学的先锋——“频谱-射电”太空望远镜最高优先级。它的发射时间定在2004年～2006年，不迟于2007年，预计在2008年击败美国和日本的类似任务。由于俄罗斯航天工业的技术和组织问题重重，研发资金也时有时无，研制进展缓慢。天文学家们只能望向遥远的星空哀叹！

终于，2011年7月18日2时23分，“频谱-射电”太空望远镜搭载“天顶-巡洋舰”火箭，从拜科努尔航天中心成功发射升空。从提出到最终发射，经历了坎坷的近30年。

2、卫星设计

“频谱-射电”太空望远镜以超高分辨率的射电观测河外星系,以及研究近地和行星际等离子体的特性。其主要科学目标是进行天文学研究，这将通过将卫星与地面观测站和干涉测量技术结合使用而实现。另一个科学目标是研究天体物理学和宇宙学，包括恒星的形成、星系的结构、星际空间、黑洞和暗物质等。

“频谱-射电”太空望远镜发射重量3660千克，科学仪器重量2500千克。像所有俄罗斯的太空望远镜一样，“频谱-射电”号基于标准“导航器”卫星平台构建。带有大型射电天线的“导航器”卫星平台，为太空望远镜提供所有飞行控制和电源功能，科学仪器载荷被包装在2个容器中，安置在天线和“导航器”卫星平台之间。

“频谱-射电”太空望远镜参数

“频谱-射电”号的天线直径10米，像一支巨大的雨伞，由27片碳纤维“花瓣”组成，分为3个部分，每个部分有9片“花瓣”。“花瓣”围绕着直径为3米的固体支架。当天线打开时，反射面必须保持其位置在预定曲线的两毫米误差内，仰望和扫描太空。10米射电望远镜将以4个不同频段的无线电波工作，可以同时听到2个频率的无线电波源。

在折叠位置，天线由特殊的弹簧圆环固定在卫星底座上。圆环刚好位于馈源的下方，同时，每个花瓣配备有一个特殊的钩子，并且具有27个球形插座的锁。怎样打开天线呢？当激活3个爆炸螺栓时，圆环将被弹簧向上推开，旋转并释放和打开“花瓣”。不同空间条件下，卫星将使用电机按顺序展开所有“花瓣”，这个过程可能从15分钟到2个小时不等。

天线部署顺序具有2种不同的模式：一种是标称部署，施加600千克的载荷；一种是紧急部署，在出现问题的情况下，施加1200千克的载荷，以打开“花瓣”。当接近打开完成时，一个特殊的传感器将确认“花瓣”是否达到永久固定的位置。然后，打开机构将据此进行最终推动，触发用于将“花瓣”固定在操作位置的信号，“花瓣”遂通过其边缘的特殊针脚相互锁定。

“花瓣”框架由碳纤维管制成，碳纤维管表面覆盖3层碳纤维薄膜与铝蜂窝的合成物。

9个连接螺栓将实心中央反射镜固定到倾斜的桁架上。倾斜桁架是由铝合金制成的圆柱形肋结构，作为射电望远镜的基本结构元件，支撑着所有的花瓣、中央镜、馈源的6个支撑腿和所有展开设备。此外，星敏感器也连接到桁架，以减少热变形的影响。

科学家设计了覆盖反射面的薄铝涂层，以使其具有98%的反射率。为了减少天线的热变形，“花瓣”框架的碳纤维管将采用特殊加热元件以保持50℃，每个“花瓣”都具有纵向均匀分布的11个这样的加热器。根据任务要求，天线的主表面不应暴露于阳光下，因此在背面，“花瓣”的热隔离屏蔽多达50层。

馈源系统高于主天线盘。它由碳复合材料制成，由特殊材质的6个“腿”支撑，它容纳了望远镜的所有无线电接收器。附着在馈源上的遮阳棚，会保持馈源的敏感系统足够冷却，以便操作。

“频谱-射电”号最远距离地球34万千米，为了保持与地球的通信联系，具有1.5米直径、重约80千克的碳纤维高增益天线通过称为VIRK的专用可伸缩悬臂，被安装在导航器平台的底侧。天线在2个方向上发送数据，并且用于帮助同步望远镜与地面的频率。此外，导航器平台上还安装了几个较小的低增益天线。

“频谱-射电”号由一对太阳能帆板提供电力。这些太阳能帆板可以围绕单个轴线旋转，以最大化接收太阳光。太阳能帆板由列舍特涅夫信息卫星系统公司开发，留里卡-土星设计局提供光伏元件。

为了确定太空望远镜在太空中的位置及姿态，“频谱-射电”号配备了3个星敏感器，这样的星敏感器只需2个，便足以使星载计算机控制卫星在所有三个维度的位置。在任务期间，一个特殊的反作用轮系统被用来保持“频谱-射电”号的姿态控制。

“频谱-射电”号的天线与“花瓣”

3、国际合作

“频谱-射电”太空望远镜并不独立工作，当它在太空中运行，将与地面的射电望远镜联合侦测，形成一个巨大的虚拟望远镜。由于无线电波的波长很长，射电望远镜的反射镜必须非常大，才能把波集中在很好的分辨率上，这对捕捉深藏在宇宙中的无线电来源特别重要。天基和地面望远镜的网络，可以形成一个比地球本身更大的巨型收集器，达到前所未有的信号清晰度。

这个设计方案非常有吸引力！俄罗斯专家预计：澳大利亚、智利、中国、欧洲、印度、日本、韩国、墨西哥、白俄罗斯、南非、乌克兰和美国的地面天文望远镜都会加入“频谱-射电”太空望远镜计划，采用一种称为甚长基线干涉测量(VLBI)的技术，进行最精密的天文观察。

“频谱-射电”太空望远镜的科学载荷是来自国际团队的高科技精密仪器。其中包含：印度的星载紫外频谱仪，澳大利亚的无线电接收机，欧空局的巨型天线，荷兰提供真空设备的力学试验室，瑞士纳沙泰尔天文台的超高精度铷时钟。

卫星的其它部分同样体现了国际合作：印度提供92厘米的P频段接收器的低噪声放大器，澳大利亚提供18厘米的L频段接收器，荷兰、德国宇航公司提供6.2厘米的C频段接收器，芬兰赫尔辛基大学提供1.35厘米的K频段接收器，美国提供K频段接收机。

“频谱-射电”号实现了俄罗斯天文科学家的梦想，俄罗斯的列别捷夫物理研究所、天文航天中心、俄罗斯科学院的科学家参与了“频谱-射电”太空望远镜项目，他们领导超一流的国际团队，见证了射电天文学、太空时代的黎明光辉。

4、发射升空

2011年7月18日2时23分，“天顶-巡洋舰”火箭载着“频谱-射电”太空望远镜，从拜科努尔航天中心发射升空。“频谱-射电”号进入近地点10651.6千米，远地点338541.5千米，轨道倾角42.46°，轨道周期12769.93分钟，平均运动0.1126转/天的大椭圆轨道。

当“天顶”号火箭发射后不久，“巡洋舰”上面级将“频谱-射电”号从500千米的最近地点发送到34万千米的最远地点，形成34万千米高度的圆形轨道。这将确保卫星在轨运行至少9年，它将永远不会在地球的阴影中超过2个小时。

“频谱-射电”太空望远镜测试

“频谱-射电”号34万千米远地点与38万千米的月球轨道相近，将在很多方面考验俄罗斯飞行控制人员深空任务的技术和智慧。由于月球的引力，“频谱-射电”号的轨道预计以3年为周期来回漂移，在距地球26.5万千米～36万千米点之间波动，近地点在400千米和6.5万千米之间。它8～9天完成一次环绕地球。

这种漂移会大大扩展“频谱-射电”号望远镜的视野。据估计，“频谱-射电”号在一个点或其他点，将“查看”高达80%的潜在目标。“频谱-射电”号计划在轨道上度过最初的45天，通过工程调试，包括部署主要天线，各种系统检查和通信测试。

其次是科学调试测试，这涉及到主要地面望远镜。在此期间天文学家希望从“频谱-射电”号接收到第一个科学信息，在此后3～6个月，“频谱-射电”号将进行初步的科学观察。随后，“频谱-射电”号正式展开常规科学观测计划。在每一个为期8天的轨道周期内，“频谱-射电”号至少有7天在致力于科学观察。

在“频谱-射电”号最初预计将运行至少5年。它的星载系统的寿命主要限制因素是：在“频谱-射电”号穿越地球辐射带期间，宇宙辐射的破坏作用。同时，专家预测了“频谱-射电”号的实际寿命，轨道衰减约9年。当结束生命时，“频谱-射电”号将再入地球大气层，在烈火和呼啸中粉身碎骨。

“频谱-射电”太空望远镜协同观测任务中，位于俄罗斯普希诺天文台22米“RT-22”射电望远镜承担主要跟踪任务。莫斯科熊湖附近的Medvezhi Ozera地面站，俄罗斯远东地区的Ussuriysk地面站将负责这次任务的飞行控制。在阿雷西博、Badary、斯伯格、GBT、医学、Noto、Svetloe等地面望远镜，Zelenchukskaya的“RATAN-600”射电望远镜也将参加频谱-射电”太空望远镜的联合观测。

“天顶-巡洋舰”火箭飞行时序

经历了30多年的历史灾难、经济问题和社会的犬儒主义，俄罗斯天体物理科学第一次进入太空。到2016年2月24日23时21分29秒，“频谱-射电”号已经环绕轨道飞行了197圈。它为俄罗斯和全世界打开了一个崭新的宇宙！

“频谱-X射线”太空望远镜

“频谱-X射线”（Spektr-RG）号太空望远镜是当年苏联三个“伟大的观测台”项目之一,由俄罗斯太空天文中心开发，俄罗斯拉沃契金科研生产联合体研制。

1、研制之路

当年，苏联科学院天文学部的拉什德·斯园亚耶夫院士提出：必须建造一架“频谱-X射线”号太空望远镜。“频谱-X射线”号（Spektr-RG），其中RG代表伦琴-伽马（Roentgen-Gamma），也就是X射线。它是为天体物理学研究而设计的，拉什德·斯园亚耶夫院士之前领导了一个科学家小组，利用“和平”号空间站进行天文学观测，成果巨大。

“频谱-X射线”号太空望远镜

“频谱-X射线”号太空望远镜的概念是在1987年的科学研讨会上制定的。科学研讨会认为：苏联发射人类第一颗人造卫星已30周年，现在也应该研制一架超时空的太空望远镜，让苏联的科学研究永远走在世界最前列。苏联最有传奇色彩的科学院院士、天体物理学家、理论物理学家雅科夫·泽尔多维奇和俄国太空研究所所长沙杰迪夫与斯园亚耶夫院士一起，站在太空望远镜计划的最前沿。

“频谱-X射线”号太空望远镜将扩大X射线天文学的视野。它完全可以成为苏联和全世界天文学家观测宇宙的主要窗口。然而，研讨会后没几年，苏联解体，俄罗斯过渡时期的经济风暴，不断拖延和削弱了“频谱-X射线”号太空望远镜的进展。

1990年代中期，“频谱-X射线”号太空望远镜计划涉及广泛的国际合作，包括来自丹麦、英国、德国、意大利、美国、芬兰、瑞士、以色列、匈牙利、吉尔吉斯斯坦、加拿大和土耳其等20多个国家和组织。

按照计划，这架6吨重的太空望远镜将携带2750千克科学仪器，包括5架望远镜：SODART、JET-X、MART-LIME、FUVITA和TAUVEX，以及对X射线和伽马辐射敏感的全天空监视器（MOXE）。由“质子”火箭将其运载到距离地球表面上方20万千米远的、近地点500千米、倾角51.6°的高椭圆轨道上。在那里，“频谱-X射线”号可以一次工作长达80小时，并且没有地球辐射带的干扰。“频谱-X射线”号需要4天才能完成一个单轨道，每天可以指向多达10个不同的目标。

除了极大的政治压力，财政困难的俄罗斯政府最终未能为该项目提供资金。各合作伙伴的许多科学仪器和其他硬件已进入制造和测试，而“频谱-X射线”号项目启动日期却从1996年推迟到1997年、1998年、1999年，又到2000年、2002年和2003年，科研资金不断下降，直到最终在2002年2月被宣布项目计划中止。

作为对国际合作伙伴损失的“赔偿”，俄罗斯政府提供了一枚“质子”火箭，用以发射一个类似的欧洲太空望远镜，名为“国际伽玛射线天体物理学实验室（INTEGRAL）”的天文卫星。

俄罗斯一些参加了“频谱-X射线”号项目的科学家，甚至决定“跳船”，加入欧洲“国际伽玛射线”项目，欧空局向俄罗斯的合作伙伴提供了25%的观察时间。具有讽刺意味的是，欧洲的“国际伽玛射线”天文台也正是在2002年顺利发射升空。

就在大家以为“频谱-X射线”号太空望远镜可能要就此进入博物馆的时候，“频谱-X射线”号重生了。随着21世纪头十年俄罗斯财政状况的改善，“频谱-X射线”号重新成为一个更小、更便宜的项目，被列入俄罗斯太空天文台发射的最高优先级，被安排到“频谱-射电”太空望远镜的后面。这2颗卫星都将改为使用拉沃契金设计局研制的新标准卫星平台——“导航器”卫星平台。

2005年，俄罗斯宇航局与欧空局开始讨论在“频谱-X射线”号上安装一对欧洲仪器的可能性，包括德国的eRosita X射线望远镜阵列和英国“龙虾眼”全天空X射线监视器。最初，这2种仪器被考虑安装在国际空间站的欧洲“哥伦布”舱段上。然而，国际空间站的周围环境容易污染载荷中的敏感光学器件，又因为美国航天飞机计划的过早消亡，使科学家们不得不寻找更适合的方案。

为了解决这个问题，俄罗斯成立了国际工作组，由俄罗斯太空研究所、德国马克斯·普朗克研究所、英国莱斯特大学，以及欧洲、俄罗斯和德国太空机构的代表组成。国际工作组评估了各种方法来集群可用的科学仪器，并且考虑纳入美国、日本、荷兰团队建造的另一架望远镜。最终，由于英国缺乏资金，“龙虾眼”也未能进入载荷名单。

2012年，经过反复多次的变化和修改，“频谱-X射线”号最终定型。它的发射重量2647 千克，净重2267千克，推进剂重量大约360千克，科学仪器重量1100千克；采用“导航器”卫星平台；2片太阳能帆板和电池，电力700瓦；设计寿命7.5年。

2、载荷及科学意义

“频谱-X射线”号所搭载的科学仪器是：德国慕尼黑的马克斯·普朗克研究所开发的eRosita X射线空间望远镜，重量350千克；俄罗斯萨哈罗夫市核研究中心开发的“ARTXC”掩码望远镜，重量810千克。

尽管只有2台科学仪器，“频谱-X射线”号却有可能获得高能天体物理领域的革命性数据。以前的X射线望远镜，如欧洲“牛顿”X射线望远镜和美国宇航局的“钱德拉”X射线望远镜，只配备仪器与狭窄的视角。“频谱-X射线”号则不同 ，德国的eRosita X射线空间望远镜提供灵敏度的整个范围广角视图、及俄罗斯的“ART-XC”掩码望远镜的低能量水平，将扩展天空广角调查。

“频谱-X射线”号的探测灵敏度和探测深度将比之前的科学仪器提高30 倍，可以用于解译宇宙中的X射线源，如黑洞、中子星和白矮星。

“频谱-X射线”号将产生一份X射线源目录。它不仅能够研究银河系星团的分布，还能够检测研究整个宇宙多达 70万颗恒星和300 万个超大质量黑洞，以及银河系的罕见天体，如孤立的中子星。“频谱-X射线”号还可以窥见“暗物质”的热气体的辐射，为这个神秘的物质描绘其在宇宙各处的分布图。

“频谱-X射线”号计划任务周期为7年，前4年中，将对整个天空执行8次巡天观测；接下来的3年，“频谱-X射线”号将观察特定的目标，如单个星系。

3、轨道及发射计划

科学家们认为，日地连线上的“拉格朗日-L2”点将是“频谱-X射线”号任务的理想地点。这个天体“邻域”为“频谱-X射线”号提供了“安静”的重力和磁条件，没有许多扰动，也没有薄空气的痕迹使低空轨道中的航天器减速，仅轻微颗粒的微小“压力”，每月仅需要姿态控制系统动作一下。

“频谱-X射线”有效载荷的功能

而“频谱-X射线”号的轨道及发射方案也是几经易稿，一改再改。初步的发射计划是，“天顶-2/巡洋舰-SB”火箭将携带“频谱-X射线”号进入围绕地球的高度椭圆轨道，近地点为491千米，最远地点为41.1490万千米，向赤道倾斜51.4°。从那里，“频谱-X射线”号将使用自己的推进系统和月球的重力牵引，以进入在地球和太阳之间的“拉格朗日-L2”点。

然而，到2012年中，发射方案被建议改为直接飞往“拉格朗日-L2”点，这样有利于给予任务控制更多的时间来评估发射之后航天器的实际路径，并计算到达最终目的地所需的轨道校正量。俄罗斯宇航局介绍方案称：“巡洋舰-SB”火箭将在发射后1.6小时内，2次点火，将“频谱-X射线”号发射到最低的近地点轨道，高度为1020千米，最高点延伸到141.5510万千米。这样基本上接近目标“拉格朗日-L2”点。

不管何种方案，“频谱-X射线”号都可能是第一个到达“拉格朗日-L2”点的俄罗斯航天器，这被认为对新一代科学任务具有巨大的意义。

最终，据俄罗斯应用数学研究所的计算认为，直飞方案能够最大程度节约推进剂，而对应的发射窗口将在2014年12月30日，机会极为宝贵！

但因为各种原因，计划最终还是推迟了。到2015年底，俄罗斯宇航局为“频谱-X射线”号太空望远镜已花费了56.9亿卢布，近1亿美元。时过境迁，待发射时，“频谱-X射线”号已不再是最强大、最精确的X射线太空望远镜了。

截止2018年年中，发射日期确定为2019年4月。届时，“频谱-X射线”号太空望远镜将搭乘乌克兰“天顶-3F”火箭，从拜科努尔航天中心发射升空。它能看见行星际磁场、星系和黑洞吗？科学家期待着。

“频谱-紫外”太空望远镜

地球大气具有过滤效应，阻挡了大多数电磁波谱，包括紫外线。因此，自1970年代以来，紫外线的观测更多被委托给运行在大气层之外的天文台——太空望远镜来负责。

“频谱-X射线”号的望远镜

“频谱-X射线”号太空望远镜

“频谱-紫外”号太空望远镜便是一个紫外线观测天文卫星，它能够“看”到宇宙中的紫外线和可见光，观测宇宙中出现的戏剧性现象,也被称为世界太空紫外线天文台。凭借出色的紫外线视觉，“频谱-紫外”号将在天体物理学中推动2个关键领域的研究进展：行星和行星系统的形成，以及星际和星际介质的宇宙学和化学演化。

1、作用及价值

“频谱-紫外”太空望远镜的科学能力在当时是任何其他仪器无法比拟的。尽管它的物理尺寸比“哈勃”太空望远镜小，但所搭载的紫外线仪比“哈勃”太空望远镜敏感一个数量级。

计划中，“哈勃”太空望远镜的继任者——“詹姆斯·韦伯”太空望远镜，由美国宇航局和欧空局资助，将与“频谱-紫外”太空望远镜展开联合观测。“韦伯”太空望远镜在红外光谱范围内进行观测，紫外光的观测则交给“频谱-紫外”太空望远镜。

“频谱-紫外”太空望远镜由俄罗斯太空天文中心开发，俄罗斯拉沃契金设计局研制。它最终确定的发射重量为2840千克，科学仪器重量1600千克；长度9.604 米，最大跨度17.05米；2片6联太阳能帆板和电池，电力750瓦；科学数据下行链路速率高达4兆字节；设计寿命7年。

“频谱-紫外”太空望远镜将搭载一架俄罗斯制造的“T-170M”望远镜，直径为1.7米，视角0.5°，焦距17米。“T-170M”望远镜捕获的光将被引导到3个光谱仪，对102～310纳米的波长特别敏感。它们记录来自宇宙等离子体的辐射，具有几万开尔文的温度和所有重要原子和分子，如H2、CO、OH等的原子的跃迁线。这种能力将允许一个国际科学家团队研究星系的形成，分析太阳系外的行星和原行星盘的大气。

“频谱-紫外”太空望远镜配备3台科学仪器：高分辨率双光谱仪，55000光谱102～320nm范围内；长狭缝低分辨率光谱仪，光谱在102-320nm范围内，包括3个通道：高灵敏度远紫外通道、远紫外通道和近紫外通道；成像与无裂隙光谱仪，进行天文物体的紫外和光衍射有限成像。

在任务的头2年，“频谱-紫外”号太空望远镜将花费40%的观测时间用于执行俄罗斯科学委员会编制的“基本观测程序”。50%观测时间将在“频谱-紫外”号项目成员国的天文学家之间分配，与其国家的投资成比例。最后，剩余的10%观测时间将用于“开放”方案，以履行科学委员会在非参与方要求中选定的“未决”建议。

“频谱-紫外”号太空望远镜

2012年,科学家正在组装“频谱-紫外”太空望远镜。

截至2011年，西班牙、德国和乌克兰科学家宣布参加这次任务。“频谱-紫外”号的飞行控制和科学数据接收设施将部署在俄罗斯和西班牙。在2007年～2011年期间，哈萨克和俄罗斯的宇航官员讨论了哈萨克斯坦可能建造的地面站，用于接收和处理来自“频谱-紫外”号的数据，作为哈萨克斯坦对该项目的贡献。

2、研制历程

“频谱-紫外”号太空望远镜像大多数苏联太空项目一样，经历了由于资金问题和俄罗斯太空计划中不断变化的优先顺序造成的痛苦、成见和延误。

2004年，俄罗斯开始投入资金，承诺在2008年将“频谱-紫外”号发射到日地连线上、地球外侧约150万公里处的“拉格朗日-L2”点上运行。在该位置，“频谱-紫外”号将避免恒定地穿过地球和行星的阴影，并且因此避免超精细光学器件发生较大的温度波动。

然而，在“拉格朗日-L2”点上部署航天器，将需要一个以上的地面站来完成控制任务。这将不可避免地导致整个项目具有较高成本。

于是2006年，“频谱-紫外”号的运行轨道被更改为高度35786千米、轨道倾角51.6°的地球同步轨道，计划于2011年年底搭乘“天顶-3M/巡洋舰-SB”火箭升空，执行为期10年的使命。另外，俄罗斯甚至还考虑使用更便宜的中国“长征-3B”火箭。

2009年，俄罗斯宣布：“频谱-紫外”号发射任务最早于2013年执行，但关键硬件尚未准备好，也没有地面基础设施来测试这些系统。此外，因德国无法为一对紫外光谱仪提供资金，使项目没有了关键仪器。而且，“导航器”卫星平台的装配预计到2010年才开始。

2010年，“频谱-紫外”号项目再次推迟到2014年，甚至这个日期是根据最乐观的情况估计的。到2011年7月，俄罗斯宇航局新局长弗拉基米尔·波波金说：“频谱-紫外”号有希望在2015年发射。2012年，俄罗斯宇航局下令为“频谱-紫外”号制造“质子-M/微风-M”火箭，完成日期为2014年11月，从而改变了“天顶”火箭发射计划。

同年10月17日，拉沃契金设计局宣布：“频谱-紫外”号已经完成了天线系统的测试，并完成了整体的结构、静态、振动、热控制系统和运输负载等测试。经过多年的延迟，“T-170M”望远镜的飞行版本也正在制造。同时，俄罗斯科学院天文学研究所正在研究科学光谱仪和相关电子设备，计划于2013年交付拉沃契金设计局。

此时麻烦又来了！2014年，俄罗斯侵占乌克兰的克里米亚，爆发俄乌危机，甚至战争。“频谱-紫外”号项目随即面临两国关系恶化导致的新障碍——乌克兰方无法继续参与研制，尽管双方的科学家更愿意继续合作。

更重要的是，西方的禁运政策限制了“频谱-紫外”号关键部件的进口。“频谱-紫外”号上的主光谱仪配备了最先进的紫外线探测器，相关硬件需要从位于英国的e2v公司购买，而e2v公司又依赖美国的组件。

2016年,拉沃契金设计局在组装“频谱-紫外”太空望远镜的聚焦结构。

“频谱-紫外”号太空望远镜效果图

从1995年到2016年，“频谱-紫外”号的发射重量从5870千克降到2800千克，有效载荷重量从2500千克降到1600千克；长度从12.5米降到9.6米；运行轨道从“拉格朗日-L2”点改为倾角51.6°的地球同步轨道；设计寿命从10年变为7年；数据下行链路速率却从2兆字节飞升到4兆字节。变化之大，让人大跌眼镜。

2016年8月，俄罗斯电视频道宣布：拉沃契金设计局为“频谱-紫外”号定制“导航器”卫星平台和开发“T-170M”望远镜取得了良好进展。然而，“频谱-紫外”号的科学仪器的开发仍然存在许多问题，甚至到2021年能否发射仍然是一个谜。