美国宇航局(NASA)周一确认,南希·格雷斯·罗曼太空望远镜正以极为精准的轨道驶向其遥远的观测岗位。工程师估计,该航天器的燃料储备将比最初的预期多一倍。

这个造价43亿美元的观测站的设计师最初计划在罗曼的四个燃料箱中装入足够的推进剂,以确保至少5年的使用寿命,再加上潜在的5年任务延长期。这是一个保守的估计。NASA官员深知,精准的发射以及发射后首次轨道修正机动任务的完美执行,将为罗曼留下丰厚的燃料储备。

NASA戈达德太空飞行中心主任杰米·邓恩(Jamie Dunn)在新闻稿中表示:“由于我们的轨道动力学团队出色的规划、运营团队精彩的执行以及SpaceX精确的发射,罗曼拥有了可支持至少22年潜在科学运行的燃料。”

2021年,詹姆斯·韦布太空望远镜在欧洲阿丽亚娜5号火箭上完美发射后,也获得了类似的使用寿命延长。罗曼太空望远镜于8月30日从佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心搭乘SpaceX猎鹰重型火箭发射升空,开启了一项拓宽我们宇宙视野的任务。

罗曼的望远镜和科学仪器将为天文学家提供与NASA哈勃太空望远镜分辨率相同、但视场大100倍的天空图像。哈勃需要一个世纪才能观测到的景象,罗曼在一个月内就能看到。

天文学家希望罗曼广阔的视野能够揭示有关宇宙最大结构的见解。罗曼的广域仪器配备了18个近红外探测器,将产生相当于300万像素相机的图像。

其宽广的观测区域将使罗曼能够绘制星系团地图,以及贯穿宇宙的物质和暗物质纤维。绘制如此广阔的天空可以帮助天文学家研究暗能量的本质,这是科学家对驱动宇宙加速膨胀的神秘力量的称呼。

猎鹰重型火箭将罗曼送入了一条将其带到距离地球100万英里外的轨道,航天器将在日地L2拉格朗日点周围环绕进入“准晕”轨道,该点是地球和太阳引力之间的平衡点。罗曼大约需要三个月的时间才能到达L2。

NASA表示,发射非常精准,任务开始一天后执行的罗曼控制推进器首次大推力点火仅消耗了40磅(18公斤)肼燃料,低于飞行前分配的441磅(200公斤)。

NASA副局长阿米特·克沙特里亚(Amit Kshatriya)周二在美国宇航学会格伦空间技术研讨会的演讲中说:“我非常感谢SpaceX把我们送到了正中间。这将在长期性能、我们能在L2停留多久以及定位能力方面对我们有所帮助。”

罗曼的发射时间比NASA在2020年任务确认审查期间制定的时间表提前了九个月。它的发射重量也比计划的要轻。这两点在NASA科学任务的历史上都相当罕见。

该观测站完工时的实际重量为17,760磅(8,056公斤),比其允许的最大重量少约两吨。这使得肯尼迪航天中心的地面人员得以向罗曼的燃料箱中装入290加仑的肼,多于任务设计阶段早期工程师的预期。

肼为分布在观测站外部周围的24个推进器提供燃料。NASA发言人对Ars表示,发射时,加满燃料的罗曼观测站重20,224磅(9,173.5公斤),仍比其重量上限低半吨。

除了额外的燃料,罗曼较低的质量意味着其推进器在发射后次日的轨道修正机动中无需燃烧那么长时间。

NASA戈达德中心的罗曼推进负责人艾莉森·饶(Alison Rao)说:“航天器的质量在整个设计和构建过程中都在变化,因此我们将推进剂预算建立在设定的最大值上,以免短缺。我们在整个集成和测试过程中也会根据实际质量追踪所需的推进剂,以确保我们有回旋余地。由于罗曼的质量低于我们的预算,我们能够将推进剂箱充满至其容量,而不仅仅是满足10年需求所需的量。”

本月晚些时候计划进行的第二次轨道修正将为罗曼提供最后一点微小的推动力,以便在12月初进入另一个机动位置,从而滑入其在L2的最终轨道。

NASA表示:“根据目前的预测,这两次机动所消耗的燃料将比计划的少,从而有可能为未来的科学研究节省更多的燃料。”

罗曼的推进器将大约每28天进行一次额外的轨道保持点火。该观测站还将利用其推进系统定期卸载其六个反应轮的动量,这些反应轮通常控制罗曼的指向。

任务卓越的燃料节省降低了NASA近期不得不向罗曼发送燃料加注任务的可能性。观测站寿命受限的资源很可能是推进剂,NASA在罗曼开发的早期就设定了一项要求,即航天器必须能够加注燃料。

NASA以前曾为太空望远镜提供过维护服务。五次航天飞机飞行的宇航员曾造访哈勃,执行了一系列任务,包括修复望远镜异常的视力、维护工作以及安装更强大的科学仪器。

哈勃没有推进系统,因此造访的航天飞机也提升了观测站绕地球的轨道。官员们为罗曼做好了接收潜在无人维护任务的准备。

NASA在罗曼底部连接了一个抓捕装置,类似于国际空间站和航天飞机机械臂所使用的装置。罗曼还具有导航辅助设备——一个反向反射器和外部参考点——以帮助引导维护任务进行最后接近。

NASA戈达德中心的罗曼项目经理杰基·汤森(Jackie Townsend)说:“虽然罗曼远不如哈勃太空望远镜那样易于维护,但我们确实具备了实现与假想维护服务航天器交会、捕获和对接所需的一切;这就是抓捕装置的目的。”

汤森对Ars说:“然后,在2020年我们确定基准时,我们被告知将专注于燃料加注。因此,加油口周围的隔热毯经过了专门设计,以便如果我们需要加油,机器人可以更容易地进去。”

汤森告诉Ars,加油口周围的隔热毯还具有磁性闭合装置,以简化机器人维护人员的打开和重新关闭。目前没有任何可用的维护航天器能够前往距离地球100万英里远罗曼所在的位置。

据NASA最高级别的文职官员克沙特里亚称,罗曼上的一切在发射后的两周多时间里都运行良好。该望远镜于9月1日打开了其孔径盖,使星光首次落在其主镜上。

克沙特里亚说:“所有的初步检查都很好。事实上,我们在几天前刚刚获得了关于广域仪器的一些数据。所有的镜子、所有的CCD都在以正确的方式冷却。我们做虚假电流测试以确保我们获得了正确的连接等。所有18个(探测器)全线变绿,这太棒了。”

罗曼的另一个仪器——旨在直接成像系外行星的日冕仪——在初步检查期间也表现良好。克沙特里亚说:“当我们迎来第一道光时,这将是一个盛大的派对。”