美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜从南美洲东北海岸的法属圭亚那起飞，搭乘欧洲的阿丽亚娜火箭飞向圣诞节早晨的天空。
这意味着世界上最大、最强大的太空望远镜将开始观察来自第一批恒星和星系的光，并在宇宙中寻找生命的迹象。
“真是一份很棒的圣诞礼物，”美国宇航局科学任务经理托马斯·祖布臣(Thomas Zurbuchen) 说。
展望未来：下一代太空望远镜
远见是推动人类社会发展的重要思维方式。早在哈勃太空望远镜发射之前，科学家们就已经在想象未来了。 —— 哈勃退役后，下一代太空望远镜会是什么样子？
1989年9月，也就是哈勃发射前半年，太空望远镜研究所（STScI）和NASA聚集了130多名天文学家和工程师，共同主办了“下一代太空望远镜”研讨会。会议研究分析了2005年在高地球轨道建造10米近红外望远镜或在月球建造16米望远镜的可行性。哈勃发射后，科学家发现哈勃的能力仍然有限，看不到任何东西。宇宙最初5 亿年的中红外图像。 1996年，以天文学家艾伦·德雷斯勒为首的一个委员会正式向NASA提出开发红外太空望远镜，以弥补哈勃的缺陷。它的设计指标是能够看到130亿年前的宇宙。诞生的“第一道光”。
时任美国宇航局局长丹尼尔·戈尔丁对此非常感兴趣。经过初步研究，他们确定了“下一代太空望远镜”的技术指标：主镜直径8米，镜面材料为轻质金属铍。工作温度低至-223，工作轨道位于日地拉格朗日L2点。这些最初的设计指标与现在完成的韦伯望远镜几乎相同。
天文学家也质疑如此激进的设计规范，这将带来极高的研发成本。与此同时，丹尼尔·戈尔丁在担任NASA局长时实施了“更快、更好、更便宜”的开发策略，用更快的制造速度和更低的制造成本完成了一些更鼓舞人心的项目。任务。在这种领导战略思维下，预计“下一代太空望远镜”的成本仅为5亿美元左右，预计发射时间为2007年至2011年，这个成本和时间在当时是可以接受的。
起初，这一策略似乎奏效了：1997 年的火星探路者任务和1998 年的月球勘探者任务都取得了巨大成功。然而，1999年，广视场红外探测器一经推出，就因低级错误导致其携带的制冷剂全部泄漏，探测器濒临报废；两次火星任务——号火星气候探测器和火星极地着陆器也因低级失误造成灾难性损失，无所得。事实证明，“更快、更便宜”不可能同时是“更好”。认真、周到、可靠、万无一失，才是航天领域应有的态度。
此后，NASA对探测器的制造工艺进行了严格限制，试图确保任务不会出错，成本也随之增加。这一战略转变使韦伯望远镜的成本推高至10亿美元以上，主镜直径从8米缩小到6.5米以降低成本。此外，额外的测试表明该望远镜似乎不太可能在2011 年之前发射。
这时，人们还没有意识到事情的严重性和复杂性：更强大的望远镜需要更高的质量控制，更高的质量控制带来更高的成本，而更高的成本决定了这个望远镜的质量。 ——的性能肯定更强大。他们已经陷入了“死循环”。
新世纪，新希望
人们正以饱满的热情迎接新的21世纪。 2002年，“新一代太空望远镜”以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名。在他的领导下，美国宇航局实现了阿波罗载人登月的壮举。此后，全世界都在等待这台名为“詹姆斯·韦伯”的巨型太空望远镜的发射。
新世纪最初几年，望远镜团队一直在论证韦伯望远镜的可行性。为了提高望远镜的分辨率，他们设计了一个巨大的可折叠主镜；为了降低温度，他们设计了一个巨大的隔热罩，大约有一个网球场那么大，但大约只有头发丝那么细；为了产生更高质量的观测数据，他们设计了四个极其先进的红外镜头或光谱仪有效载荷。 2004年，整个望远镜难度最大、要求最高的核心部件开始投入预生产，包括18块主镜和4个科学有效载荷。此时，其预计成本约为16亿美元。
2005年，NASA和ESA达成协议，使用ESA阿丽亚娜5号火箭发射韦伯望远镜。 2007年，整个韦伯望远镜的大部分核心设计通过了初步审查，标志着韦伯望远镜的详细设计、采购、组装和测试工作正式开始。然而，人们仍然低估了韦伯望远镜的制作难度，其实际成本大大超出了韦伯望远镜的预算。仅在这个早期技术演示阶段，韦伯望远镜就烧掉了20 亿美元，额外的测试阶段也将发射推迟到2014 年。
复活
随着任务的进展，成本和测试时间的问题逐渐变得明显。 2010年11月，新的统计数据显示，韦伯望远镜的总成本已增至50亿美元，发射时间将不早于2015年9月，比原计划晚了一年多。《自然》 一篇杂志文章将韦伯望远镜称为“吞噬天文学的望远镜”，因为其巨大的成本影响了其他天体物理研究任务的资助。
2011年7月，美国议员投票决定从NASA 2012年预算中削减19亿美元，取消韦伯望远镜项目——。此时，其总成本飙升至65亿美元，发射推迟至2018年。国会将NASA成本飙升归咎于不技术问题，但管理失误。这是整个韦伯望远镜自规划以来面临的最大挑战。难道十几年的前期论证、主镜和科学载荷的基本设计以及投入的数十亿美元都白费了？
政客们认为韦伯望远镜是一个毫无意义的无底洞的金钱，但有理想的科学家仍然将其视为宝藏。他们实在不忍心放弃韦伯这个史上最强大的太空望远镜。经过一番斡旋，NASA于2011年11月与参众两院达成共识：众议院关于取消韦伯望远镜计划的提议被取消，但妥协的代价是该计划的支出只能被限制在80亿美元以内。 NASA表示，将推迟其他计划，例如减少商业载人航天器的研发支出，以确保望远镜能够在2018年发射。
没有B计划
韦伯望远镜的建造过程必须确保高性能和高质量。哈勃太空望远镜在高度600公里的近地轨道上运行。如果出现故障，可以派宇航员去修复，而韦伯太空望远镜将在距离地球150万公里的日地拉格朗日L2点运行，发射一旦出现故障，将是无法挽回的损失，并且没有B计划作为退路。
因此，韦伯望远镜的每个部件都按照极高的标准生产，并在极其恶劣的条件下进行测试。 2011年，第一块六边形主镜诞生，总共耗时六年。主镜的质量控制要求极高。每个六边形主镜的最大允许波动仅为25纳米。如果把这个镜头放大到月亮大小，它的最大波动不会超过8厘米。
2012年至2014年，4个科学载荷依次生产，组装成综合科学仪器模块（ISIM）并进入测试阶段。在戈达德空间环境模拟器中进行了多次低温试验和真空试验。 2015年，主镜18片六角镜片全部生产完成。 2016年底，整个望远镜的主体结构制作完成，随后进行了振动、低温等长时间的测试。 2017年，整个光学望远镜模块进行了100天的低温测试，以确保其所有系统能够在类似的太空环境中正常运行。
严格的实地测试确实是有益的。 2018年3月，韦伯望远镜的隔热罩在部署测试中撕裂，NASA不得不将发射计划进一步推迟至少三个月。同年4月，对隔热罩的进一步振动测试表明，隔热罩的振动程度是预期的两倍。测试结束时，发现1000颗螺丝中有20颗松动。同时，粗心的工人造成了不必要的麻烦，在清洁望远镜时使用了错误的溶剂，以及错误的接线使望远镜暴露在过高的电压下。
总而言之，一年内螺丝松动、溶剂误用、接线错误等三个错误进一步将韦伯望远镜的发射推迟了1.5年，并额外消耗了约6亿美元的测试资金。 NASA不得不出面解释，80亿美元的资金肯定不够，2018年发射的承诺已经无法实现。 ——的上市日期再次推迟至2020年5月。
气氛再次变得紧张和焦灼。 2018年的一份审查报告显示，韦伯望远镜可能会经历344次不同的故障，即——次，这对于任何太空任务来说都是一个可怕的数字。哈佛大学天体物理学家格兰特·特伦布莱(Grant Tremblay) 表示，这意味着如果金属支柱失效或电缆卡住，“我们就会留下价值100 亿美元的废纸。”纸。 “根据这份审查报告，NASA对韦伯望远镜进行了系统的检查和测试，将望远镜的总成本控制在88亿美元，并将发射日期进一步推迟至2021年3月30日。
新冠疫情肆虐，海盗猖獗
正当NASA开始一一排除所有可能的失败时，却赶上了正在全球肆虐的新冠病毒大流行。为了响应美国疾病控制与预防中心的政策，NASA不得不暂停2020年3月韦伯望远镜的多项关键测试。同时NASA也人手紧缺，他们只能专注于毅力号火星车任务2020年。这样一来，韦伯的发射日期就被推迟到了2021年10月31日。
NASA在疫情影响下奋力完成韦伯望远镜发射前的最后几项任务，并成功进行了最后的折叠和包装工作。然而，由于其他三个原因，它的发射再次被推迟到至少2021 年11 月底，这一次与望远镜本身无关。
首先，问题出在火箭队。 2020年8月阿丽亚娜5号执行两颗通信卫星的发射任务时，工作人员发现火箭整流罩异常，分离似乎不完全。此外，在2020 年2 月的发射任务期间，飞行引起的振动高于正常水平。这对韦伯的发射构成了潜在威胁。 NASA已将发射推迟到至少2021年11月底，并要求阿丽亚娜通过重新设计解决上述问题。欧空局于2021 年7 月31 日和10 月24 日在韦伯发射之前成功发射了两枚改进型阿丽亚娜5 号火箭。两次发射证明相关问题已得到解决。
其次，库尔卢航天发射场疫情形势不容乐观。法属圭亚那尚未广泛接种疫苗。如果疫情恶化，可能会推迟发射场韦伯望远镜的准备工作进度。
最后，由于发射场位于南美洲，将望远镜从千里之外的美国运输到发射场需要16天的时间。与此同时，还有最大的威胁在等待着他们：——名海盗。海盗们恐怕不会忽视这块价值100亿美元的肉，很可能会劫持运输船。这并非空穴来风。早在1982年，一架名为JCMT的望远镜在运往英国的途中被劫持。针对此事，NASA对韦伯的具体运输日期保持沉默，并呼吁美国海军护航。韦伯望远镜最终于2021年10月18日安全运抵法属圭亚那库鲁航天中心，发射日期定为2021年12月18日。
本性难以改变
韦伯在库鲁航天中心的准备工作进展顺利。人们相信这架望远镜最终会准时，将于2021年12月18日如期发射。然而，阿丽亚娜的工作人员再次制造麻烦，导致计划中的韦伯望远镜发射再次推迟。
当工作人员将韦伯望远镜连接到运载火箭适配器时，运载火箭适配器上固定韦伯的夹子突然意外松动，导致整个望远镜发生振动。 NASA立即对韦伯望远镜进行调查并进行了额外测试，以防止这一恶性事件对望远镜造成损坏。
值得庆幸的是，这次震动没有造成任何破坏性影响。韦伯号的发射日期仅推迟四天，加注工作正常进行，发射时间重置为北京时间2021年12月22日20时20分。
然而，在世人寄予厚望的目光下，《鸽王》推迟至12月15日，比原定推出日期提前了一周。欧洲航天局表示，发射将再次推迟。原因是望远镜和火箭之间的问题需要解决。由于通讯问题，发射时间再次重置为2021年12月24日XX时间。22日，发射场工作人员发现发射场天气实在恶劣，无法进行火箭垂直转移出去。发射时间又推迟了24小时，目标是在西方圣诞节12月25日20点20分发射。
24日，发射场天气好转。火箭终于滚出组装车间，在地面上走完最后一段路程，前往发射台加油等待发射。
连续十几年成为“鸽王”的韦伯望远镜最终还是一再推迟发射。他没有忘记自己忠心半生的“鸽王”称号。想要改变他的本性确实很难。
磨镜二十载，未尝霜刃。今天我就给大家看看，谁有什么不平呢？许多参与韦伯望远镜建造的工程师和科学家在承担这项伟大任务时正值壮年，如今已是白发苍苍。如今，他们终于能够亲眼目睹自己花费半生心血打造的望远镜翱翔天空，带着全世界的人们看到宇宙中的第一缕光线。
本文作者：擎天会学术部，来源：北京大学青少年天文学会，原标题：《“鸽王”詹姆斯·韦伯空间望远镜的心酸发射推迟史》
