如何拯救一台重要的太空望远镜？

图片来源：NASA's Goddard Space Flight Center/Chris Smith

撰文｜梅根·巴特尔斯（Meghan Bartels） 

美国航空航天局（NASA）的格雷尔斯雨燕天文台（Neil Gehrels Swift Observatory，简称Swift）正在与时间赛跑。21年来，这台环绕地球运行的望远镜一直在巡视天空，搜寻伽马射线暴——宇宙中最强大、最明亮的爆发现象，一旦发现就会调整姿态开展精细观测。但在轨道上每转一圈，它都会与来自地球大气层的无数粒子发生碰撞。每一次碰撞都会让望远镜损失一点点速度，使它逐渐向地球靠近。

如果任其发展，这台望远镜将在今年晚些时候失去轨道时间竞赛的资格，最终脱离轨道，在炽烈的再入大气层过程中结束其漫长的科学使命。不过，NASA希望借助一个酝酿已久的空间技术构想，为这台望远镜再争取十年的寿命：让一台飞行机器人轻柔地贴附在望远镜上，将其推升至更安全的轨道，然后再释放。如果能成功实现任务，这项技术将有望为更广泛的科学航天器开辟全新的可能性。

“这类设想已经存在很久了，技术终于发展到这不再是天方夜谭的阶段，”天文学家、空间可持续性分析师乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）说道。

格雷尔斯雨燕天文台配备了一台伽马暴预警望远镜（γ-ray Burst Alert Telescope），它可以同时监测大范围天空，寻找瞬时闪光并精确定位来源。一旦探测到有趣的目标，航天器会在一两分钟内迅速转向，再用天文台内另外两台望远镜进行观测。

正是这种机动性启发了这项任务的命名（“swift”意为“迅捷”），也使它在科学家已经解开伽马射线暴主要谜团之后，依然在天文学研究中保持着重要地位。近年来，格雷尔斯雨燕天文台更常用于对其他观测设备发现的有趣信号进行后续观测。未来几年，随着智利的薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）逐步投入运行，以及NASA的南希·格雷丝·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）发射升空，需要快速跟进观测的新发现将大幅增加。

“格雷尔斯雨燕天文台几乎是目前唯一能够提供如此快速后续观测的设施，”NASA戈达德航天中心的天体物理学家、该任务首席科学家布拉德·岑科（Brad Cenko）表示，“而未来这类需求只会不断增长。”

然而，轨道物理学并不如我们所愿。所有处于近地轨道，特别是在距离地表600千米以下低轨道区域的航天器，都会受到大气阻力的影响。大气越稠密，阻力越大，航天器轨道衰减就越快。而大气密度又会随太阳活动增强或减弱而变化。当太阳活动特别强烈时（比如像过去几年那样），大气会变得更为稠密。

格雷尔斯雨燕天文台正在承受这种额外的大气阻力“侵蚀”。它最初发射至约600千米的高度，在这一高度仍无法完全避开大气影响。直到2024年初，人们还认为它可以挺过太阳活动极大期并运行到21世纪30年代。然而，太阳活动比预期更活跃，到2025年初已基本能确定，格雷尔斯雨燕天文台将在今年晚些时候坠入大气并彻底烧毁。

鉴于格雷尔斯雨燕天文台的快速响应能力具有重要的科学价值，而且其寿命本就所剩无几，观测团队向NASA争取了一次救援尝试。“如果成功，科学收益将非常可观，”岑科说，“如果不成功，显然这不是我们希望的结果，结果也无外乎它会在今年再入大气层。”

2025年9月，NASA与催化太空科技公司 （Katalyst Space Technologies）签署了一份价值3000万美元的合同，计划于6月初尝试执行一项救援任务。对任何航天任务而言，这都是极其紧迫的时间表，更不用说涉及机器人在轨服务这项长期以来的技术难题，这在此前还从未在科学任务中真正实施过。航天飞机时代，宇航员曾执行过少数在轨维修任务，其中最著名的案例是为了对哈勃空间望远镜进行维修、升级和轨道提升的五次飞行。相比之下，机器人任务虽然成本更低，却无法在遇到突发问题时像人类一样依靠智慧随机应变，这使得这项任务的难度大大增加。

但现在，时机或许已经成熟。例如，航天科技巨头诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）已成功运行两台“任务延寿飞行器”（Mission Extension Vehicle），为商业通信卫星延长使用寿命。如今，催化太空科技公司也准备一试。该公司的研究团队正在研制一台带有三条机械臂的航天器，用于抓握这台运行了数十年的望远镜。“格雷尔斯雨燕天文台在设计之初并未考虑被捕获，”催化太空科技公司望远镜轨道提升任务负责人、工程师基兰·威尔逊（Kieran Wilson）解释道，“这台设备建造于20多年前，我们甚至缺乏部分接口的详细资料，而这些正是我们在执行抓握时需要确认的关键位置。”

轨道提升航天器建成后，将搭乘诺斯罗普·格鲁曼的“飞马座”（Pegasus）火箭发射。该火箭需先由改装喷气式飞机投放，再点火升空，以进入望远镜接近赤道的特殊轨道。如果一切顺利，到7月或8月，这艘航天器将开始为期数月的拖曳过程，将望远镜推升至约550千米的高度。完成任务后，航天器将释放天文台，并主动降低自身轨道，在大气中烧毁，迎来它试图让望远镜避开的命运。

这是一项风险极高的任务，完全无法保证成功。但如果成功，这次救援不仅能让格雷尔斯雨燕天文台重获新生，还可能改变科学卫星的设计范式，使机器人延寿成为现实。

“这几乎相当于一次全新的任务，”岑科说，“但你只需花费从零开始建造并试飞所需成本的一小部分，就能完成这项任务。”

本文来自《环球科学》2026年5月刊前沿栏目，原标题为《拯救太空望远镜》

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