太空偵查之王：直徑20米的“云紋”薄膜衛(wèi)星

人類(lèi)將望遠(yuǎn)鏡送入地球軌道是太空時(shí)代最早、最成功的目標(biāo)之一。“哈勃”、“開(kāi)普勒”太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)徹底改變了天文學(xué)。即將發(fā)射的“詹姆斯·韋伯”太空望遠(yuǎn)鏡將極有可能獲得突破性的天文發(fā)現(xiàn)。太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)從觀測(cè)太空和宇宙，發(fā)展到觀察地球、氣象預(yù)報(bào)和軍事偵察。

太空望遠(yuǎn)鏡在很大程度上基于玻璃透鏡和望遠(yuǎn)鏡。由于玻璃透鏡的局限性，太空望遠(yuǎn)鏡卓越的工作效率為90%。玻璃非常沉重，光學(xué)太空望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星的重量迅速達(dá)到了頂點(diǎn)。在地球上，由于望遠(yuǎn)鏡反射鏡的重量和大小限制，它們?cè)谧陨淼闹亓肯麻_(kāi)始變形；在太空中，它甚至更糟。

于是，美國(guó)環(huán)球航天技術(shù)公司的科學(xué)家們?cè)O(shè)想：是否可以建造一架可折疊塑料透鏡的太空望遠(yuǎn)鏡。玻璃透光效率為90%，薄膜透光效率為30～55%。盡管薄膜比玻璃的效率低，但它的大小可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。這種太空望遠(yuǎn)鏡，以輕量級(jí)聚合物薄膜取代傳統(tǒng)光學(xué)玻璃，又輕又結(jié)實(shí)，可以非常巨大，分辨率極高。

幾種望遠(yuǎn)鏡的尺寸比較

因?yàn)楸∧ねh(yuǎn)鏡可以很大，但重量很輕，并且可以折疊起來(lái)。據(jù)估計(jì)，這種薄膜望遠(yuǎn)鏡的重量大約只有玻璃望遠(yuǎn)鏡的七分之一?？茖W(xué)家們很有信心：有朝一日，這種可折疊塑料透鏡的太空望遠(yuǎn)鏡可能會(huì)取代傳統(tǒng)光學(xué)玻璃太空望遠(yuǎn)鏡。

基于這個(gè)思路，這家研究航天和國(guó)防的公司，構(gòu)想了一種名為“云紋”的薄膜光學(xué)太空望遠(yuǎn)鏡。幾個(gè)美國(guó)政府機(jī)構(gòu)，包括美國(guó)國(guó)防高級(jí)項(xiàng)目研究局、美國(guó)宇航局，對(duì)這種可用于地球靜止軌道實(shí)時(shí)偵察的新技術(shù)非常感興趣。

2011年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)項(xiàng)目研究局贊助1500萬(wàn)美元，希望美國(guó)環(huán)球航天技術(shù)公司能夠?qū)⑦@種“云紋”薄膜太空望遠(yuǎn)鏡做到直徑20米寬，或比美國(guó)宇航局的“詹姆斯·韋伯”太空望遠(yuǎn)鏡大3倍以上。按照這樣的設(shè)計(jì)，當(dāng)“云紋”薄膜偵察衛(wèi)星運(yùn)行在地球靜止軌道，將能夠覆蓋40%的地球表面。

在太空展開(kāi)后，衛(wèi)星主體和圖像傳感器在上面，太空望遠(yuǎn)鏡的薄膜鏡片在下面，三根長(zhǎng)長(zhǎng)的支撐結(jié)構(gòu)架設(shè)起太空望遠(yuǎn)鏡。當(dāng)薄膜鏡片展開(kāi)后，太空望遠(yuǎn)鏡直徑達(dá)20米，上方的圖像傳感器聚焦圖像。它的分辨率為1米，每秒生成一幀視頻或圖像，覆蓋10×10千米。

“云紋”薄膜成像偵查衛(wèi)星與太空望遠(yuǎn)鏡

“云紋”薄膜衛(wèi)星將運(yùn)行在距地球表面3.6千米的地球靜止軌道，提供7天×24小時(shí)的可見(jiàn)光圖像覆蓋，美國(guó)國(guó)家圖像可判讀等級(jí)（NIIRS）為3.5+，刷新頻率至少為1Hz，覆蓋面積超過(guò)155平方千米。它還可以運(yùn)用激光通信技術(shù)，隨時(shí)與地球通信，傳遞偵察情報(bào)。

目前，“云紋”薄膜衛(wèi)星只是一個(gè)演示系統(tǒng)，成本預(yù)計(jì)每顆低于5億美元。美國(guó)國(guó)防高級(jí)項(xiàng)目研究局對(duì)“云紋”薄膜衛(wèi)星十分著迷，并寄予厚望?！澳懿荒軐⒈∧ぬ胀h(yuǎn)鏡造得更大一些？”“能不能讓薄膜衛(wèi)星看得更清楚一點(diǎn)？”“將來(lái)的薄膜衛(wèi)星應(yīng)當(dāng)看到子彈在飛！”美國(guó)國(guó)防高級(jí)項(xiàng)目研究局要求美國(guó)環(huán)球航天技術(shù)公司將分辨率提升到幾厘米，如同裸眼視覺(jué)一樣。

“云紋”薄膜衛(wèi)星將有可能徹底顛覆傳統(tǒng)太空望遠(yuǎn)鏡和偵察衛(wèi)星的模式，非常新穎和擁有創(chuàng)造性，展示了無(wú)限美好的前景。這是一顆劃時(shí)代的衛(wèi)星，具有里程碑意義。

當(dāng)問(wèn)美國(guó)環(huán)球航天技術(shù)公司的科學(xué)家們：你們?cè)趺聪氤鲞@么絕妙的方案的？科學(xué)家回答：那種靠抄襲、模仿和偷盜的方法，永遠(yuǎn)不可能強(qiáng)大。這年頭，比的不僅僅是科技，更是智慧！想象力，永遠(yuǎn)比科技更重要！