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  無線電波望遠鏡是指用來接收宇宙中天體(恆星、星系與黑洞等)發出的無線電波之天線與接收機,也可用來追蹤、通訊太空中的探查機衛星。無線電波望遠鏡通常以金屬碟盤或網格構成大型拋物面圓盤,與觀測其他電磁波譜望遠鏡外觀上有很大不同。這種望遠鏡觀察最長波長的光,範圍從1毫米到超過10公尺,相較之下可見光波長只有幾百奈米長,一奈米僅為一張紙厚度的1/10000。一般而言望遠鏡之反射鏡表面必須非常光滑,凹凸程度需控制在電磁波波長的十分之一左右,這意味著觀測最長波長的無線電波望遠鏡越容易把反射鏡建造得巨大(1960年代啟用的無線電波望遠鏡直徑就已達到305公尺而2016年最大可見光望遠鏡直徑才10.4公尺)。無線電波望遠鏡因為是觀測波長最長的光所以其圖像解析度很低,為了提高解析度與收集足夠的低能量無線電波光子,拋物面圓盤反射鏡(天線)必須很大。無線電波望遠鏡可以單座天線使用也可以連線多座天線形成陣列使用,日本俄羅斯曾經發射無線電波衛星到太空中跟地面天線連線使用。不像光學望遠鏡只能在晚上觀測,無線電波望遠鏡在白天與夜間都可觀測。由於天文電波源例如恆星、星雲和星系都很遙遠,從這些天體發出的無線電波是非常微弱的,所以研究他們需要非常大的天線與極為敏銳的接收設備。來自宇宙的無線電波最早由貝爾電話實驗室的工程師Karl Guthe Jansky以研究雜訊的無線電波接收器(天線)偵測到,五年後的1937年業餘無線電愛好者格Grote Reber建造了第一座專用無線電波望遠鏡,該望遠鏡是直徑9公尺的拋物面天線,他使用該座天線進行的宇宙調查被認為是無線電波天文學領域的開端。當今世界最大可動式無線電波拋物面圓盤是格林班克望遠鏡(Green Bank Telescope),直徑100公尺可完全轉向。這是在安全且準確操作可動式無線電波圓盤的標準下所能達到最大尺寸。位於波多黎各的Arecibo無線電波天線直徑305公尺在1960年代開始使用,其拋物面圓盤不能轉向,但可以移動接收器來指向目標,其拋物面圓盤由島上喀斯特地形凹陷地所支撐。預計2016年9月開始使用的支那FAST(又名天眼)宣稱直徑500公尺(有的資料指出其有效直徑為300公尺),但跟Arecibo一樣天線無法轉動,只能觀測剛好從上方飛過的天體太空望遠鏡分辨太空中物體能力稱為角解析度,為觀測的波長除以天線直徑大小,該計算數值越小得到的宇宙天體圖像越精細。無線電波望遠鏡觀察很長的波長,所以即使最短的無線電波波長除以最大的天線,所得的圖像角解析度只等同於人類以肉眼觀測天空的角解析度。為了使其角解析度達到光學望遠鏡等級數學破解了這個難題:集合多座天線同時觀測天體以獲得單個巨大口徑無線電波望遠鏡同樣的解析度。這個方法由諾貝爾物理學獎得主馬丁·賴爾(Martin Ryle)所提出。

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美國歷代火星探測車好奇號(右)與精神號(左上)、旅居者號(左下)

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錢卓X射線太空觀測衛星  

 

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  行星探測在技術上是一件非常困難的任務,與在地球附近運轉的衛星、月球探查機迥然不同。探查機距離地球越遠則通訊越花時間,因此想從地球上送出指令控制探查機也會因為從送出命令至實際執行產生的時間差而失去時效,所以探查機本身必須能夠掌握周遭情況自行下判斷。探查機也要考量所置身不同的環境中都能正常運作(例如承受更多太陽熱量等)。要實現這樣的任務需要極為高超的技術,行星探查機的開發與運用考驗著太空開發的總體戰力。

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WISE.jpg  

 

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亞利安1~4火箭是歐洲政治、經濟與技術合作的最佳典範,為滿足歐洲本身能不受限制地進入太空而開發,是具有成本效益且能可靠地提供太空活動的發射載具。亞利安1~4的設計是以叢集四具維京引擎為第一段火箭提供推力,在不綑綁助推火箭也能起飛。1987年歐洲部長會議同意開發不同於亞利安1~4設計的更強力型發射載具---綑綁助推火箭才能起飛的亞利安5運載火箭。亞利安5為了更高的可靠性在電子和電腦系統中保留許多備份,也使用比之前的亞利安火箭更標準的零件。亞利安5代表在發射技術上有質的躍升,起飛時兩個固態助推火箭提供90%推力,低溫第一段火箭在地面上點燃提供推力飛行直到與第二段火箭分離,並依任務需求選擇不同第二段火箭。亞利安5的二具助推火箭長度為32公尺、直徑為3.1公尺,第一段火箭長度31公尺、直徑5.4公尺,不同引擎的第二段直徑都是5.4公尺、長度有3.4公尺與4.7公尺兩種。

亞利安5由歐洲太空機構開發用來取代亞利安太空公司的亞利安4商業衛星發射。最初這具大火箭可以一次發射兩顆分別重2~3噸的衛星到靜止轉移軌道,後來升級成可以一次發射兩顆4~5噸酬載。亞利安5是兩段運載火箭加上綑綁二具大型固態助推火箭總共有四具推進單位。起飛時它的兩具分段構成(三段)的固態火箭各自提供超過500噸推力來增強第一段Vulcain 液態氫氧引擎的110噸真空推力,原本亞利安5G使用有2.6噸真空推力的自燃性推進劑 EPS 為第二段引擎,亞利安5 ECA則採用真空中推力110噸的 Vulcain 2 來改進第一段與 ESC-A改進第二段, ESC-A是改良自亞利安4 以液態氫氧為推進劑的第三段HM7B引擎真空中推力為6.8噸,稍微升級的固態引擎也被開發來為亞利安5 ECA提供動力。亞利安5 ECA可以把大約10噸的酬載送入靜止轉移軌道(包含衛星衛星配適硬體),含長整流罩其高度接近58公尺,起飛重量為770噸以上。未來計劃開發一個有15噸推力、可重複點火的 Vinci引擎來取代HM7B引擎。使用Vinci新引擎的火箭稱為 ESC-B型,升級後的亞利安5 ECB能夠發射12噸酬載到靜止轉移軌道, ECB型可望在2017年或2018年投入發射市場。但在2014年歐洲太空機構已取消亞利安5 ECB,改成開發次世代火箭亞利安6於2020年進行首次發射。第四種亞利安5命名為 ESV型(也稱為亞利安5“多用途型”),在2008年3月開始第一次飛行,該版本採用了 E型的第一段火箭與 ESA型的固態助推火箭。第二段稱為EPS-V採用一具燃燒可儲存推進劑(MMH/N2O4)的Aestus引擎,EPS-V可以攜帶10噸推進劑只比一開始版本多0.3噸,但較少推進劑容量主要是用於低地球軌道任務。不像早期的G型的EPS第二段,“ESV的EPS-V第二段可以重複點火。亞利安5 ESV則是被開發來發射歐洲20噸重 "自動貨物運載太空船(ATV)"至國際太空站。兩個G系列(G+型、GS型)的臨時版本亞利安5 火箭在G型過渡到E型時出現。 G+型是標準通用型搭配有10噸推進劑的EPS上面級該型火箭在2004年首次飛行,GS型則是改良G+型的固態助推火箭。

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"Krunichev國家研究和生產太空中心"的質子號長久以來都是俄羅斯重型軌道發射載具。為了進行蘇聯冷戰期間太空競賽的有人探月計畫而開發,之後質子號轉換成提供無人探索服務,它發射了多項歷史性的“第一次”任務包括飛抵月球、火星和金星。20世紀70年代質子號開始了長期且穩定地發射國防和政府衛星到靜止軌道。自從冷戰結束後質子號已建立龐大的商業發射業務。在1960年代一開始質子號是由"切洛梅設計局"所開發。由於最初克里姆林宮把它定為潛在的兩段型超級洲際飛彈(命名為UR500),它被設計成使用可儲存自燃推進劑(四氧化二氮和二甲基聯氨)。Valentin Glusko開發了當時最先進的火箭引擎,真空中 150噸推力兩階段燃燒循環 RD-253,為火箭的第一段提供推力。從"切洛梅 "UR200洲際飛彈第一段引擎升級成有60噸以上推力的四具兩階段燃燒循環 Kosberg引擎 為第二段火箭提供動力。為了進行蘇聯的有人月球計劃而開發的UR500K軌道發射載具則增加第三段火箭,其搭載的引擎與第二段相同但數目只有一具,這使得 UR500很快地被導向太空飛行。在1965~66年 兩段的UR500進行四次試驗飛行,發射一系列重量 12.2噸名為"質子"的研究酬載到軌道上。這個名稱不久就變成運載火箭本身的稱號。三段UR500K(質子號 K)在1967年開始飛行,能夠運送超過19噸酬載到低地球軌道,可選擇增加的第四段火箭可運送超過5噸酬載飛向月球。西方世界似乎認為 質子號是蘇聯對 NASA土星I/IB的回應。

  從1967~69年 科羅廖夫設計局以液態氧/煤油為推進劑的Block D被搭載在質子號K第四段上,連續發射進行繞月飛行任務的無人Zond太空船。Zond被設計成可運送太空人,該計劃是要在美國阿波羅計畫太空人抵達月球之前 先送蘇聯太空人繞行月球,但Zond和質子號接連遭遇挫折而延遲測試計畫。前六次測試飛行中有四次遭遇到質子號或 Block D故障。1968年7月籌備的第七次發射因加壓的 Block D氧化劑槽在發射台上破裂而被終止。該事故有三名工作人員喪生,但質子號K其他部分和Zond太空船則沒有損害。另一個質子號和Zond在1968年九月被準備 ,Zond 5成為第一個繞行月球並返回地球的太空船,兩個月後 Zond 6也繞行月球。然而由於飛行期間出現的問題使得送太空人進行下個任務的計畫被推遲。 Zond 5未能執行預擬的“盪來盪去型”重返大氣層飛行,而是以高G彈道飛行進入大氣圈降落在印度洋。 Zond 6則因減壓而面臨降落傘無法張開的問題。一個成功的無人飛行---Zond 7 直到1969年八月才實現 但那時美國已經完成阿波羅八、十與十一號計畫,總共有九個美國太空人被送入繞月軌道而且還有兩個太空人已經在月球表面行走。政治領導人決定放棄有人Zond飛行計畫,但允許質子號在1970年發射最後一次Zond 8繞月任務該次飛行以成功收場。這決策有可取之處畢竟前 20個質子號K/Block D 任務僅有6次發射成功。質子號不只還沒準備好進行無人太空服務更不用說要運送太空人。禁止飛行進行六個月的檢查,1970年八月次軌道質子 K工程測試飛行之後持續的成功才出現。質子號接著在1970年代的 59次飛行有 46成功,在之後的幾十年成功率更高於93%。

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