SpaceX星艦或將重塑天體物理觀測新可能

NASA的“Astro2020”十年規劃曾提出新一代“大型觀測臺”計劃，旨在覆蓋全電磁波譜，性能超越哈勃、韋伯等前輩。

然而，預算限制使這些觀測臺的發射時間推遲至2040年代，可能造成2030年代旗艦級觀測能力的十年空窗期。

運載技術瓶頸

過去二十年，太空任務設計受限于運載火箭性能。

低地球軌道運載能力僅10-25噸，貨艙直徑普遍為4-5米。NASA的韋伯望遠鏡（JWST）便因運載限制，被迫采用復雜的折疊鏡面和遮陽罩設計，增加了成本與風險。

星艦的突破

SpaceX的星艦系統（含超重型助推器）計劃實現完全可重復使用。

其運載能力達低地球軌道100噸、日地L2軌道18噸，貨艙直徑擴至8米，成本或低于現有中型火箭。若成功，星艦可將觀測臺質量提升4-10倍，并允許使用更簡單的重型組件，減少精密折疊結構需求。

簡化設計與成本控制

傳統任務因質量限制需采用輕質材料（如韋伯的鈹鏡），而星艦的冗余運力支持更穩健設計。

例如，NASA的SPHEREx任務曾用富余載荷替換高風險技術，改用成熟鋁材降低成本。

據估算，星艦可能將任務總成本減半，使原定2040年代的項目提前至2030年代。

助力觀測

射電波段：星艦可一次部署多臺30米天線，構建地外干涉陣列，提升黑洞成像分辨率；

紅外與光學：更大鏡面（如6米單鏡）可簡化系外行星大氣光譜分析，加速搜尋地外生命；

X射線：更厚的鏡片材料能增強剛度，降低高精度鏡面校準難度；

月球遠端觀測：運送百噸設備至月球，探測地球無線電干擾屏蔽下的宇宙“黑暗時代”信號。

風險挑戰

目前，星艦尚未驗證軌道加油、高頻復用等關鍵技術，最終成本與運力可能不及預期。

NASA的SLS火箭雖運力相當，但單次發射成本高達8-27億美元，且產能有限。此外，更大載荷需配備更強姿態控制模塊，可能影響任務壽命。

未來準備

若星艦在五年內驗證成功，NASA需提前規劃如何利用其運力優勢。

協調性研究可探索簡化設計、降低成本的具體路徑，確保“Astro2020”目標不被技術樂觀情緒裹挾。即便星艦未達預期，相關預研仍能為下一代運載技術積累經驗。

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* 本文綜合自NASA公開報告、SpaceX用戶指南及《物理學今日》2023年2月刊。數據及表述均以官方發布為準，如有錯誤，歡迎評論區指正！