【軍事博評】William：太空望遠鏡和偵照衛星的關係—以羅曼為引子

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這CG片段清晰展示了羅曼太空望遠鏡的三反射鏡消像散結構。事實上幾乎全部光學偵照星和大型太空望遠鏡(甚至地面鏡)都是這種結構。(網絡圖片)

羅曼望遠鏡早在8月底發射成功，現時正在緩慢調整軌道到L2格拉朗日點，估計12月初才到達，現時正順道打開部分天文儀器先做觀察與先期調整工作。

雖然吹噓一堆，作為近紅外太空望遠鏡，羅曼比起韋伯就有其先天劣勢——口徑相差太遠，所以精確觀測方面怎樣都沒可能和韋伯相比，但事實上，大家的任務其實也有分別。羅曼太空望遠鏡的觀測鏡口徑和觀察光學範圍和哈勃基本相當，都是可見光至短紅外線波段，但會更接近中紅外波段，並不拍攝近紫外光、紫光和藍光。

歐洲太空總署蓋亞任務太空望遠鏡，利用可觀察到銀河系和銀暈內星體的運行情況，倒推算出銀河系像無洞甜圈餅的形狀。要用這種方法，主要是因為暗物質只參與引力作用，只能由星體的運動和光的引力透鏡效應間接觀測到其存在。利用大範圍觀察中不同天體更準確的聚集與運動數據(或者可能涉及微引力透鏡效應的瞬變天文現象)，可更有效的倒推銀河系內甚至鄰近星系暗物質的聚集情況。(網絡圖片)

另外，羅曼的主要任務較著重巡天，所以視場比哈勃大得多，比韋伯更大，且角度基本保持在與黃道面54度夾角的位置，所以由地球上看基本上是極區觀察，同時又可看到銀河並可保持對銀河核心每72天一次的觀測(原因是銀道面和黃道面夾角剛好60度左右)，對銀河的覆蓋觀察範圍將遠超過去的望遠鏡。這樣更有助它研究銀河系核心地區暗物質分佈。

預定明年發射的中國巡天望遠鏡，現在正進行儀器的最後檢測工作，其更大視場、同樣多的觀察模式/目鏡置換系統，以及25億像素的CCD，足可勝任視場達1度的巡天工作同時，拍到與哈勃同級的光學照片。和KH-11及以後的偵照衛星一樣，中國偵照衛星也是國家機密，連外形都沒公開，不過由現存羅曼望遠鏡前身照片所見，巡天和KH-13似乎都有鏡筒下方的艙室結構，但巡天望遠鏡明顯較大。(圖片來自連結)

 

事實上，真的要比較的話，中國2027年發射的巡天望遠鏡反而比較像哈勃的巡天版本，雖然主鏡直徑小了40厘米，而且也不像韋伯和羅曼一樣部署於拉格朗日點，干擾會比較大且要用自身設備進一步調整干擾帶來的光學數據誤差，但其部署點與天宮共軌，可直接對泊然後進行大修(事實上本鏡原計劃就是天宮的望遠鏡艙)，這點是目前羅曼望遠鏡做不到的，它只保留對接功能，讓未來可能實現的、具維修能力的星艦工作站或藍起源與洛克希德合研的Cislunar Transporter工作站進行遠程維修任務。

HETDEX(霍比-埃伯利望遠鏡暗能量實驗計劃)拍到的宇宙年齡27-47億年大型星系及其他小型星系、經過放大及AI處理後會見到很熟悉但小得多、緊密得多的氣泡結構。該地面望遠鏡鏡面口徑為10米，但即使有大氣自糾正系統，加上長時間的數據後製處理，才能及得上2米級別太空望遠鏡的原始影像數據。由大口徑太空望遠鏡拍攝的巡天照片，在單個星體基本分析能力、整體結構清晰度和數據不受干擾的能力上，還是強得多。(圖片來自德國波茨坦萊布尼茨天文物理研究所)

另外巡天望遠鏡的可觀測視場還比羅曼大三倍，一來巡天望遠鏡的感測器 / CCD感光耦合元件共有30塊，總像素達到25億，相對而言，羅曼只有16塊和3億左右的像素，比較起上來，前者每次拍攝寬度大約1.1度，後者是0.3度，巡天性能可能更強，能巡天的空域更大，所以同樣進行巡天工作，但巡天望遠鏡普查不同角度方向的光學/光譜與暗物質、暗能量範圍可以更大。能一口氣普查的宇宙結構更多更遠，能觀察的行星系也更多。

事實上巡天望遠鏡的可巡天範圍將達17500平方度，和只負責巡天的歐基里德望遠鏡(15000平方度)相當，而羅曼只有2000平方度(當然，若以天文儀器而言，中國設計及製造的光學儀器相比羅曼還是有一定差距，尤其主鏡較小對於極高精度天文觀測還是有一定影響)。

無論如何，羅曼望遠鏡雖然比不上韋伯，但和巡天望遠鏡一樣，同時有巡天及仔細觀測的能力，也具備相當於對瞬變天文事件的快速應變能力。這可能是研究更大視場、鏡河系甚至更宏觀的宇宙結構的強大天文利器。

編按：KH-11-13系列是現時西方最強而且機密級數最高的軍用偵照衛星，唯一公開過的照片都是遮遮掩掩的（這個就是國家偵照局送給NASA的KH-13兩個取消發射的備用星之一，當中受檢查的這個可能就是日後的羅曼太空望遠鏡），KH-11系列衛星現在只有四至五個在役，且單價超過50億美元。單由仍然相當「保密」的解密照片看，KH-13有些地方的確比較像哈勃，但明顯更短，而且底下部分似乎有凸出鏡身的結構，而且羅曼的前身仍是筒型的。需要留意的是，無論NRO和NASA的新聞稿都沒提過贈送望遠鏡計劃的具體型號。(照片來源：NASA)

 

外一章：太空望遠鏡就是轉用的偵照衛星？

羅曼望遠鏡除了有現實上的天文研究意義外，其也是第一個被證實直接使用軍用偵照衛星進行改裝的太空望遠鏡計劃，其甚至相當於解開西方軍事界一個封鎖超過50年的軍事機密。

事實上，美國歷來各類軍事裝備中，最神秘的其實是軍用衛星，這甚至比核潛艇和一些絕密戰術飛機都要神秘：核潛艇還能見到外型和主要操控設備，絕密飛機至少能由衛星照片和親身到基地附近守株待兔，有機會拍到外觀，但……美國的光學偵照衛星，自60至70年代KH-9(還是要拍完照片後將底片連重返大氣層載具發回地面沖印)在2011年公開外形後，就從來未公開過更後期的偵照衛星的外觀。

KH-9型偵照衛星，美國一直用到1980年代中期。這是最後一種膠片相機偵照星，鏡頭位於衛星中段下方，口徑大約60cm級別(後期型再加裝一部測繪相機)，拍攝完畢後膠卷往回卷然後塞進四個可重返大氣層的小艙內，之後即重返大氣層由改裝過的C-130運輸機空中接收。(網絡圖片)

 

KH-11鎖孔超大型光學偵照衛星的出現是革命性的，其首次使用2米級直徑(實際達2.4米)物鏡進行拍攝，而且是第一代配備CCD(電荷耦合元件)成像的現代電子相機。雖然初代CCD精度/感光件大小上仍然不及傳統菲林，但一來有大口徑鏡頭補救，二來CCD的大小也較傳統感光菲林微粒平均，成像精度自然也更好；但最重要的是，CCD的影像可以訊號化，然後經由附近的軍用通訊衛星將訊號轉傳回NRO總部進行即時研究，這比那些要靠返回艙才能把菲林送回地球的古董好太多了。有指1970年代後，美國光學偵照望遠鏡都以KH-11為架構基礎，就算是後期型更新換代甚至更大口徑(據說增至3米直徑)，也沒離開KH-11的整體布局和架構。

 由於KH-11及以後的NRO(美國國家偵照局)偵照衛星型號都沒公開過，同好者甚至軍事分析專家都只能由旁支項目(例如泰坦IV型運載火箭的載荷艙內部尺寸)、模糊的地面拍攝照甚至已公開的太空望遠鏡「倒推」出偵照星的外形，所以很大機會錯得相當離譜。另外需要留意的是，現時在美國某航太博物館展示的KH-12衛星，其實是想像模型且很大機會外形是錯的。(圖片來自Universe Today及NAS專頁)

 

由於訊息非常模糊，美國的光學偵察衛星甚至連可資分辨型號的精細照片資料也沒有，1970年代由KH-11開始的型號分級已經得非常困難。現時有最可靠的資料的是KH-11、KH-12和KH-13三個型號，後兩者並沒有成功/只有部分成功，至於網上流傳的KH14-19計劃，若不是有心人自行創作，就是根據一些資料和模糊的地面拍照影像推測出來，但極有可能都是歸入KH-11系列之內。

KH-12是加了大量隱身外殼零件的一顆KH-11 BLK 3衛星，而KH-13就有可能是兩個計劃的預定代號，即EIS (KH-12的進化版本，但只於1999年發射了一顆，照同年其他偵照星的壽命看，可能早於2010年代中期就失效)和FIA(未來影像架構，包括光學和雷達SAR衛星兩部分，光學部分最後被取消，已造出來的其中一台光學偵照衛星就是日後的羅曼望遠鏡)。

韋伯太空望遠鏡是一種無外筒反射式望遠鏡，鏡面採用現時地上大型望遠鏡多片組合式設計且鍍上極薄的金原子膜，一來省卻單一鏡面容易出現的溫度差導致鏡面畸變問題，二來也減低打磨難度，三來也更易透過摩打微調鏡面弧度。其要放到日地L2空間，一來是追求最小的干擾值，二來其無鏡筒最大化鏡面直徑設計也不可能在近地軌道環境下「生存」……(照片來自NASA)

要說太空望遠鏡和大型偵照衛星是一心同體，其實有些「茫然」，其一，很多大型太空望遠鏡因為其特殊觀測需求，根本不可能用偵照衛星的規格去造，例如韋伯太空望遠鏡，為求達到最大物鏡，需要捨棄鏡筒設計，以及需要超大型散熱膜。這些在格拉郎日點太空碎片密度非常低的情況下問題不大，可你放在近地軌道(LEO或SEO)上，過幾年甚至幾個月後，那些鍍金薄膜隨時被撕成碎片了。

其二，有些太空望遠鏡的建造國家本身就從來沒有造過大型偵照衛星，幾乎是無任何製造大型偵照衛星的經驗，例如歐空局的歐基理德望遠鏡，物鏡直徑1米，且整個歐洲包括法國，之前所造的偵照衛星最大也只有和哨兵系列同級，而且它們不單只是民用鏡，結構也和區基里德完全不同，甚至連物鏡都只有45cm左右。

哨兵2號A/B和歐基里德太空望遠鏡比較，架構明顯不同，歐鏡本質上較接近克卜勒太空望遠鏡，連主鏡直徑都一樣，不過克卜勒主要分析單個恒星變光與攝動現象，重點在光譜分析上，而歐鏡雖然主職是巡天調查及分析各類天體與星際氣體的光譜數據，但拍攝單個星體的影像照片的質素還是相當優良。(網絡圖片)

大型太空望遠鏡和軍用偵照衛星扯上關係的，大概只有部分的美國系列太空望遠鏡和軍用偵照衛星有大約相當的載台，但要深入談不同就很困難；中國的巡天望遠鏡是否和傳說中中國第一代大型軍用偵照衛星的關係，更是一頭霧水，因為後者的資料甚至比KH-12或EIS的光學鏡部分還少，根本沒法分析。