借助PRIMA項目，NASA將嘗試在創紀錄的時間內建造一台價值十億美元的太空望遠鏡。

美國太空總署（NASA）本周宣布，首個新型太空望遠鏡計畫於2030年代初發射升空。

PRIMA任務將是NASA「探測器探索者」（Probe Explorers）系列的首個任務，該系列天文台旨在以更少的資金進行更多科學研究。 NASA的太空望遠鏡通常分為兩類：一類是成本較低的「探索者級」（Explorer-class）任務，其成本上限在數億美元左右；另一類是旗艦級天文台，例如最近發射的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope），其造價高達約43億美元。

NASA希望透過「探測器探索者」系列任務，在小型「探索者」任務和數十億美元的旗艦任務之間找到更好的平衡。此前，一個獨立的科學家小組建議設立這一新的任務類別，NASA隨後對潛在的「探測器探索者」任務概念進行了多年的研究。但直到最近，NASA的科學預算（受到川普政府的壓力）是否足以啟動此類任務的研發工作，仍然是個未知數。

美國太空總署（NASA）週三宣布，將繼續推進PRIMA項目，PRIMA是「遠紅外線天文物理探測任務」（Probe far-Infrared Mission for Astrophysics）的簡稱。先前，NASA取消了名為AXIS的X射線天文台的競爭項目，PRIMA成為首個「探測者」（Probe Explorer）任務的唯一候選項目。 NASA表示，AXIS的概念研究表明，該計畫無法滿足NASA的進度和預算限制。

領導AXIS概念研究的科學家將該計畫被取消歸咎於位於馬裡蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的混亂和管理不善。如果AXIS專案進入研發階段，該中心將負責領導此專案。 PRIMA計畫將由位於加州帕薩迪納的NASA噴射推進實驗室（JPL）負責，該實驗室也正面臨機構危機，目前在研計畫寥寥無幾，並且進行了一系列裁員。

旗艦任務的設計、建造和測試往往需要數十年時間，才能最終發射升空。羅馬太空望遠鏡（Roman Space Telescope）是個例外。從NASA批准到正式投入研發，再到上個月羅曼望遠鏡發射升空，前往距離地球一百萬英里的觀測站，歷時十年。

韋伯望遠鏡的剩餘零件

PRIMA望遠鏡的研發成本上限為12億美元（不含發射費用），其體積和複雜程度不如羅曼望遠鏡，因此研發週期自然會更短。 NASA計劃在七年後的2033年發射PRIMA望遠鏡。望遠鏡將觀測波長在24至235微米之間的遠紅外線波段的宇宙，這要求其主光學元件冷卻至華氏4.5開爾文（華氏零下451度）。

通常情況下，這需要全新建造一台精密的低溫冷卻器。而PRIMA將使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡研發過程中剩餘的冷卻器，並對其進行改造，使用氦-3代替氦-4作為冷卻液。 PRIMA的動能電感偵測器的焦平面將被冷卻至100毫開爾文，這將使該任務的光學系統有望成為迄今為止送入太空的最冷光學系統。

據負責該任務的科學家稱，PRIMA的遠紅外線靈敏度將使其能夠觀測行星及其大氣層的起源、星系和黑洞的共同演化，以及宇宙時間尺度上塵埃和金屬性質的變化。 PRIMA的主鏡直徑為5.9英尺（1.8公尺），它將在距離地球100萬英里的日地L2拉格朗日點軌道上運行。

這項任務將比 NASA 過去或現在的任何紅外線天文台（如 Spitzer 和 Webb）更深入地觀測紅外線波段，並將建立在歐洲 Herschel 太空望遠鏡的發現之上，Herschel 望遠鏡為天文學家提供了關於宇宙絲狀結構形成以及水在恆星和行星形成中的作用的新見解。

「PRIMA任務是人類探索深空宇宙的下一個窗口，」美國太空總署（NASA）科學任務理事會副局長尼基福克斯在一份聲明中表示。 「它將揭示宇宙漫長歲月中那些晦澀難懂的奧秘​​，幫助我們更好地了解行星、恆星、黑洞的形成，甚至地球上水的起源。”

NASA本周宣布，PRIMA計畫正式進入B階段研發，旨在完成初步設計評審。幾年後，NASA總部將進行確認評審，屆時將最終批准該專案進入飛行硬體整合階段。預計整個天文台發射時的重量將低於3.4公噸（7500磅）。

「單憑一次任務無法探索宇宙的所有奧秘。但透過PRIMA將我們現有探測器的觀測能力擴展到遠紅外線波段，我們將能夠對宇宙進行極其全面的觀測，」NASA天文物理學部主任肖恩·多馬加爾-戈德曼說道。 「憑藉韋伯和羅曼太空望遠鏡，我們設定了每十年中上半年都發射頂級任務的節奏。我們將繼續保持這一節奏，並以PRIMA項目開啟下一個十年，作為我們持續推進此類高水平任務計劃的一部分。”

旗艦專案仍面臨挑戰

同時，NASA正持續推進其下一代大型旗艦太空望遠鏡－宜居世界天文台（HWO）的初步架構研究和技術開發。 HWO計劃於2040年代發射。預計其尺寸至少與詹姆斯韋伯太空望遠鏡相當，如果NASA能夠利用SpaceX的星艦等新型超重型運載火箭，其主鏡尺寸甚至可能更大。 HWO將觀測宇宙的多個波段，涵蓋紫外線、可見光和近紅外線。

宜居世界天文台的早期成本估算約為110億美元，與韋伯望遠鏡的成本相當，而韋伯望遠鏡的成本遠遠超過了最初的預期。 「這是一座雄心勃勃的天文​​台，需要舉全國之力才能建成，」多馬加爾-戈德曼週二在國家科學院天文與天體物理委員會的會議上表示。 「坦白說，我們也需要國際合作夥伴的大力支持。但我們需要來自全國各地最優秀、最聰明的人才，無論他們來自戈達德太空飛行中心、其他NASA中心、工業合作夥伴、新的太空商業合作夥伴還是大學，都參與到我們的工作中來。”

多馬加爾-戈德曼本週表示，NASA計劃利用其在按預算開發和發射羅曼望遠鏡方面的經驗，來幫助未來像HWO這樣的旗艦項目更好地控製成本。

「我們已經通過提前且按預算發射南希·格雷斯·羅曼望遠鏡證明，這些項目並非一定會超期超支，」他說。 “但這並不意味著它們很容易完成，也不意味著我們可以掉以輕心地認為它們總能按時按預算完成，因為事實證明並非如此。”

據多馬加爾-戈德曼稱，NASA在實施旗艦項目方面吸取的教訓包括：在工程師開始建造飛行硬體之前，必須明確任務的架構和需求，並確保其底層技術得到充分理解。

「簡而言之，你需要了解挑戰，確保任務的挑戰得到非常清晰的理解，一旦你了解挑戰，就必須全力以赴，盡快將天文台送上發射台。」他說。