arrakis 太空望遠鏡 兩組雙筒望遠鏡15cm F10
https://tw.news.yahoo.com/2030%E5%B9%B4%E7%99%BC%E5%B0%84%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%9C%9B%E9%81%A0%E9%8F%A1-%E6%B8%85%E8%8F%AF%E5%8F%83%E8%88%87%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E4%BB%BB%E5%8B%99%E6%8F%AD%E5%AF%86%E6%98%9F%E7%B3%BB%E6%BC%94%E5%8C%96-023757822.html歐洲太空總署6月正式通過由西班牙團隊主導的阿拉基斯任務,任務名稱源自科幻文學巨作《沙丘》中的虛構星球「阿拉基斯」(Arrakis)。目前團隊已完成概念設計,正式進入關鍵製造階段;預計於2030年發射搭載望遠鏡的小型衛星至低地球軌道,針對約80個鄰近星系,展開為期3年的觀測計畫。
歐洲太空總署(ESA)通過的「阿拉基斯任務」(ARRAKIHS),全稱為 Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key to Internal Halo Systems(吸積星系解析殘骸作為內部暈系統演化之鑰)。關於這項任務的重點整理:名稱靈感:名稱首字母縮寫串接起來正好是「ARRAKIHS」,確實是向科幻文學巨作《沙丘》(Dune)中的虛構沙漠星球「阿拉基斯」(Arrakis)致敬。團隊主導:該任務為 ESA 的快速級(F-class)科學任務,由西班牙坎塔布里亞物理研究所(IFCA / CSIC-UC)主導,並結合歐洲多國及全球(包含台灣清華大學團隊)的天文學家共同參與。
發射總質量約 600 kg(科學載荷 Payload 重量約 160 kg)衛星尺寸約 1.5×1.5×2.0 m預計發射時間預計於 2030 年(由歐洲 Vega-C 火箭發射)運行軌道高度約 700 km 的晨昏太陽同步軌道(Dawn-Dusk SSO)預計壽命基本任務 3 年(可擴充至 5 年以上)
雙筒鏡配置(Binocular Concept):配備 4 架獨立的小型望遠鏡
(由西班牙 SATLANTIS 公司的 iSIM170 架構改良)。
光學系統採用改良型馬克斯托夫-卡塞格林式(Maksutov–Cassegrain)。
單鏡口徑與焦距:主鏡口徑:150 mm(15 公分)。
焦距/焦比:焦距約 1500 mm (f/10)
單通道視場直徑約 1.3∘
=> 大光圈光學系統需要曲率非常大的透鏡與反射鏡,光線入射角極大,這會在鏡頭內部產生無數次微小的二次反射(鬼影 Ghosts)與散射光。f/10 這種較平緩的光路,可以讓光線以接近平行、溫和的角度穿過透鏡與反射鏡,結合長鏡筒內的多重遮光光圈(Baffles),能大幅消弭內部散射光,將雜散光干擾壓到最低。
ARRAKIHS 使用的感光元件像素相當精細,為了在觀測時達到約 1 arcsec(角秒)級別的高解析度,焦距必須長達 1500 mm。
如果在 150 mm 口徑下硬要縮小焦比(加大光圈),像素涵蓋的天空範圍會變大,解析度就會大幅降低,導致無法區分遠方背景的小星系與真正的暗物質暈殘骸。
ARRAKIHS 設計的最大特色是能同時在 4 個通道進行廣域曝光(波段覆蓋範圍達 280∼1600 nm):
可見光通道 1(VIS1):280∼420 nm(紫外/藍光段,採用 CMOS 影像感測器,如 Te2v CIS304)。
可見光通道 2(VIS2):381∼863 nm(紅綠光與近紅外邊界)。
近紅外通道 1(NIR1):857∼1255 nm(採用 Teledyne H2RG 碲鎘汞偵測器
近紅外通道 2(NIR2):1168∼1567 nm。
兩組「雙筒望遠鏡」機組:
第一組雙筒:包含 2 個鏡筒(專門用於可見光波段:VIS1 與 VIS2)。
第二組雙筒:包含 2 個鏡筒(專門用於近紅外光波段:NIR1 與 NIR2)。
很多太空望遠鏡(如韋伯或哈伯)是用一個大鏡筒,再把光分給不同的偵測器,
但 ARRAKIHS 選擇「4 鏡筒獨立運作」有極大的工程與科學優勢:消除雜散光(Straylight Suppression):
ARRAKIHS 要看的是極度微弱的暗物質殘骸(低表面亮度)。
如果用分光鏡,光線在鏡片內部反射會產生嚴重的雜散光與鬼影,把微弱的光訊號掩蓋掉。分開 4 個獨立鏡筒,每個光路都是最乾淨的。
兩階段遮光罩(Baffling System)與護盾:設有大型太陽遮蔽罩(Sun Shield)與地球遮蔽罩(Earth Shield),
徹底阻擋來自太陽與地球反射光(Earthshine)的雜散光。內部光路包含低散射鍍膜與精密的內部遮光光圈。
精密毫克爾文級(mK)熱控: 採用被動式輻射散熱器搭配主動加熱器
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馬克斯托夫-卡塞格林式(Maksutov–Cassegrain)望遠鏡包含前方的曲面透鏡(修正板)、後方的反射鏡以及中間的鏡筒支架。太空中的溫度劇烈變化(太陽直射可達 100∘C 以上,背陰處可低至 −100∘C 以下),如果沒有特殊處理,透鏡形變、主副鏡距離改變(哪怕只有幾微米)就會讓焦距偏移、影像嚴重失焦。
1. 光學組件與結構本體會選擇熱膨脹係數(CTE)極低甚至接近於零的材料:鏡片與鏡面:通常採用如 Zerodur(微晶玻璃) 或熔融石英(Fused Silica)。這類材料在極端溫差下的尺寸變化量是「百萬分之幾」,幾乎不隨溫度改變形狀。鏡筒與結構支架:採用高模數碳纖維強化聚合物(CFRP)或特製的低膨脹合金(如 Invar 殷鋼)。碳纖維可以透過編織角度設計,達到熱膨脹係數近乎為 0 的效果,確保主鏡與副鏡之間的距離恆定。
2. 晨昏太陽同步軌道(Dawn-Dusk SSO)
這是 ARRAKIHS 避免溫度大起大落的最關鍵戰略!
衛星被放置在沿著地球「晨昏線(日夜交界線)」運行的軌道上。
在這個軌道上,太陽光永遠從衛星的固定一側照過來,不會進入地球背面的陰影區。這擺脫了普通低軌道衛星「每 90 分鐘經歷一次極熱與極冷」的熱循環,創造了一個高度恆定的外圍熱環境。
3. 被動遮蔽 + 主動毫克爾文級(mK)熱控
光靠軌道還不夠,內部溫度還必須嚴格控管:
4. 「閉環姿態與對焦」即時修正(Payload-in-the-loop)
最後一關是閉環軟體補償:
望遠鏡採用了「Payload-in-the-loop」設計。近紅外光偵測器在觀測時,會即時分析星像的銳利度與微小位移。
如果因為微小的溫度漂移導致焦距產生極微小的偏差,系統會透過內建的微型動態對焦機構(Focus Mechanism),或透過姿態控制微調,自動補償焦距偏移,確保傳回的影像始終處於最佳焦距狀態。