/ 望远镜外观

　　詹姆士·韦伯太空望远镜是由NASA、ESA以及加拿大航天局合作开发的红外线太空望远镜，它将成为哈勃太空望远镜的继任者。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜的质量为6.2吨，约为哈勃空间望远镜（11吨）的一半。其主反射镜由铍制成，口径达到6.5米，面积为哈勃太空望远镜的5倍以上。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜项目立项时，其名为“新一代太空望远镜”。为了纪念曾带领美国开展“阿波罗”登月计划的美国宇航局第二任局长詹姆士·韦伯，2002年，该项目更名为詹姆士·韦伯太空望远镜。其计划耗资5亿美元，原计划于2007年发射。但是由于各种原因，进度一再推迟，而且项目严重超支，最新估计费用高达96.6亿美元，目前发射时间已经推迟到了2021年。

　　孤独的观察者

　　相比于哈勃望远镜所处的距地550千米的地球轨道，詹姆士·韦伯太空望远镜将被安置于距离地球150万千米外的日地第二拉格朗日点上。第二拉格朗日点位于日地连线上，地球外侧。由于受太阳、地球两大天体引力作用，望远镜在这里消耗很少的燃料即可长期驻留。

　　詹姆士·韦伯望远镜的前辈、位于近地轨道的哈勃望远镜可以由航天员维修。哈勃共经历过5次维护，几乎将这台望远镜能换的部件全部更换了一次。但由于第二拉格朗日点是人类至今未曾到达的“深空”，这使得韦伯太空望远镜后续的升级或维修变得几乎不可能，所以它的设计制造必须完美无缺。未来的系统集成测试中还可能发现未知问题，一旦测试遇到困难，就会导致发射被推迟。这也是詹姆士·韦伯太空望远镜发射时间一再被推迟的原因。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜将被安置于距离地球150万千米外的日地第二拉格朗日点上

　　作为红外望远镜，由于对热红外具有高敏感度，为避免望远镜工作产生的热量干扰天文学信号，韦伯望远镜需要在-220℃（50K）运行，比绝对零度（约为-273.15℃）仅高出约50℃。因此，詹姆士·韦伯太空望远镜也被称为“冰冻望远镜”。该太空望远镜主要由遮阳板、光学镜面系统、综合科学仪器模块以及航天器总线构成。

　　为了隔绝来自太阳的红外线辐射干扰，韦伯望远镜附带了22米长的五层遮阳板。遮阳板由聚酰亚胺薄膜构成，薄膜一面镀铝，另一面镀硅。遮阳板设计为折叠十二次，因此它可以安装在亚利安五号火箭（Ariane 5）的4.57米×16.19米的护罩内。一旦部署在地球-太阳第二拉格朗日点，它将展开到21.197米×14.162米。遮阳板在美国亚拉巴马州的Man Tech（NeXolve）公司手工组装，然后交付给美国诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）进行测试。

　　光学镜面系统

　　韦伯望远镜采用三镜系统，可以最大限度地减少三种主要的光学像差，包括球面像差、彗差和散光。韦伯望远镜的主镜是直径6.5米的镀金铍反射镜，收集面积为25平方米。这对于现有的运载火箭而言太大了，为了能够将望远镜装进亚利安五号重型运载火箭的载荷舱，韦伯望远镜的大反射镜都需要被精心折叠。因此，韦伯望远镜的反射镜片采用18片六边形镜片拼接而成。这些被折叠的镜片到达距离地球150万公里外的第二拉格朗日点后，将运用主动光学技术展开成最后所需形状的主镜。

　　詹姆士·韦伯望远镜主镜

　　韦伯望远镜的光学设计是一种三镜面反射镜，它利用弯曲的二级和三级反射镜来提供在宽视野范围内无光学像差的图像。此外，还有一个快速转向镜，可以每秒多次调整其位置，以提供图像稳定。

　　鲍尔航天技术公司是詹姆士·韦伯太空望远镜项目的主要光学分包商，由总承包商诺斯罗普·格鲁曼公司领导。鲍尔宇航公司制造并抛光了18个主镜段，二级、三级反射镜，精细转向镜以及飞行备件。主镜于2016年2月3日完成拼装，次镜于2016年3月3日完成安装。

　　综合科学仪器模块

　　综合科学仪器模块主要由4个科学仪器模块构成，分别为：近红外热像仪、近红外光谱仪、中红外仪器以及精细制导传感器（含近红外成像仪和无缝光谱仪）。

　　近红外热像仪是一种红外成像仪，其光谱覆盖范围从可见光（0.6μm）到近红外（5μm）。近红外热像仪还将作为韦伯望远镜的波前传感器，这是波前传感和控制活动所必需的。

　　镜片温度压力测试

　　近红外光谱仪提供三种观察模式：使用棱镜的低分辨率模式，R~1000多物体模式和R~2700积分场单元或长缝光谱模式。

　　中红外仪器将测量5至27μm的中红外波长范围。它包含中红外相机和成像光谱仪。中红外仪器是由NASA和欧洲国家财团合作开发的，由亚利桑那大学和英国天文技术中心共同研制。

　　精细制导传感器（FGS）、近红外成像仪和无缝光谱仪（NIRISS）由加拿大航天局负责研制，用于实现韦伯望远镜科学观察期间的图像稳定。精细制导传感器的测量既用于控制航天器的整体方向，也用于驱动精细转向镜以实现图像稳定。由于近红外成像仪和无缝光谱仪与精细制导传感器物理安装在一起，因此它们通常被称为单个单元，但它们用于完全不同的目的，一个是科学仪器，另一个是天文台支持基础设施的一部分。

　　航天器总线

　　航天器总线是韦伯太空望远镜的主要支撑部件，它拥有大量的计算、通信、推进和结构部件，将望远镜的不同部分组合在一起。

　　航天器总线的结构必须支持6.5吨的太空望远镜，而它本身重350公斤。它主要由石墨复合材料制成。它于2015年在加利福尼亚完成组装，之后与太空望远镜的其余部分进行整合。

　　航天器总线的另一个重要方面是中央计算、存储器和通信设备。处理器和软件将数据传入和传出仪器，并通过无线电系统将数据发送回地球并接收命令。计算机还能从陀螺仪和星跟踪器获取传感器数据，并根据反馈轮或推进器发送必要的命令，从而控制望远镜的姿态。

　　未来使用构想

　　2006年7月，望远镜主镜完成关键振动与声学试验；

　　2011年12月，望远镜所有镜片完成冷冻测验；

　　2017年8月，望远镜完成了地面1号测试（GSEG-1），首次成功实现瞭望远镜与任务运行中心及地面站之间的端对端通信；

　　2018年1月，詹姆士·韦伯太空望远镜完成真空极限低温测试。

　　近日，詹姆士·韦伯太空望远镜的航天器元件准备启程发往加利福尼亚州雷东多海滩诺斯罗普格鲁曼公司附近的声学和振动测试设施

　　NASA、ESA和加拿大航天局合作研制的詹姆士·韦伯太空望远镜，将成为世界上最先进的太空观测站，旨在解开从大爆炸之后形成的第一颗恒星和第一个星系，到周围其他恒星、行星、大气等的一系列宇宙奥秘。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜的主要科学任务是寻找大爆炸后宇宙中形成的第一颗恒星和星系的光，研究星系的形成和演化，了解恒星和行星系统的形成以及研究行星系统和生命的起源。通过对光谱中的近红外光而不是可见光进行观察，可以更有效地实现这些目标。出于这个原因，詹姆士·韦伯太空望远镜的仪器不像哈勃望远镜那样测量可见光或紫外光，而是在近红外光谱范围内具有更强的能力（对0.6-28μm波长范围敏感）。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜的观察时间主要通过“有保证的时间观察（GTO）”计划和“一般观察员（GO）”计划进行分配。GTO计划允许参与设计和建造望远镜四大主要仪器的科学家选择一些初步目标进行观测。GO计划为所有天文学家提供申请观测时间的机会。GO计划将通过时间分配委员会（TAC）的同行评审来选择，预计韦伯太空望远镜的观测时间将被高度超额认购。

　　詹姆士·韦伯太空望远镜是未来十年世界上最重要的红外空间观测站。韦伯将展示其强大的观测能力，解开太阳系的奥秘，远眺其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置，为天文学和宇宙学研究提供重要的工具和支撑。

　　文/王俊峰

　　编辑/张永君