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來源：互聯網

中國空間站工程巡天望遠鏡（英文名：China Space Station Telescope，簡稱：CSST）是中國載人空間站旗艦級項目，預計2027年發射，是中國自行研制的最大規模空間望遠鏡，具有大視場、高像質、寬波段等突出特點，是中國天文科學邁向國際前沿的重大機遇。其科學研究工作涉及到暗物質、暗能量、宇宙學、星系起源與演化、恒星、太陽系和太陽系外行星等天文學領域的前沿熱點方向和重大科學問題。

中國空間站工程巡天望遠鏡是中國空間站工程最重要的空間科學設施，是中國迄今為止規模最大、指標最先進的新一代旗艦級空間天文望遠鏡，也是未來十年國際最重要的空間天文觀測儀器之一，被稱為“中國哈勃”，精度與哈勃望遠鏡相當，但視場可達到哈勃望遠鏡的300倍。

中國空間站工程巡天望遠鏡是中國載人航天工程規劃建設的大型空間天文望遠鏡，口徑2米，兼具大視場和高像質的優異性能，并具備在軌維護升級的能力。中國空間站工程巡天望遠鏡的后端天文模塊包括：多色成像和無縫光譜巡天模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀、太陽系外行星成像星冕儀、高靈敏度太赫茲模塊。中國空間站工程巡天望遠鏡以大規模天文巡天為主任務，致力于成為一個面向國際開放的、先進的且專門服務于天文學及物理學研究的空間天文臺。

中國空間站工程巡天太空望遠鏡（CSST）計劃完成高空間分辨率，大天區面積的深度多色成像與無縫光譜巡天觀測，并選用多種后端儀器對遴選天體進行精細研究，有望在暗物質、暗能量、星系形成與演化、系外行星探測等天文領域和基礎物理領域的重大問題上取得突破。

2021年4月17日，中國空間站工程巡天望遠鏡（簡稱CSST）科學工作聯合中心暨國家天文臺科學中心揭牌儀式在中國科學院國家天文臺舉行。2026年1月7日，中國空間站工程巡天望遠鏡科學仿真研究系列成果在國際學術期刊《天文和天體物理學研究》以專刊形式在線發布。

發展沿革

研制背景

早在1946年，萊曼·史匹哲（Lyman?Spitzer）就大膽提出了將一個主鏡面口徑8米的空間望遠鏡放置在太空中的計劃。這在當時是極為大膽也極為困難的計劃，因為當時地面上最大的望遠鏡Hale望遠鏡也只有5米口徑，更大的問題是人類當時還沒有具備能夠將任何一個物體發射到地球軌道的能力。但這個想法經過不斷演化，最終成為美國航空航天局的哈勃空間望遠鏡計劃。哈勃望遠鏡的計劃一波三折，先是大幅的預算超支使得其差點夭折，而挑戰者號航天飛機的失事又使得它的發射推遲。在哈勃望遠鏡在軌運行已經超過30年的背景下，取得了豐碩的科研成果，在這個時候中國設計中國空間站工程巡天望遠鏡。

中國的光學巡天還在起步階段。一般來講，望遠鏡分為專用和通用，早期由于中國經濟實力不強，即使是2米級的通用望遠鏡也僅有兩臺，一臺是位于河北興隆觀測基地的2.16米望遠鏡，一臺是位于中國科學院云南天文臺的2.4米望遠鏡。而擁有4米口徑的LAMOST望遠鏡（英文全稱：Large Sky AreaMulti-Object Fiber Spectroscopy Telescope，中文名：大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡）是一臺專用望遠鏡，它只能做光譜巡天，觀測銀河系中的恒星，還沒有進入到更深宇宙。

2016年以來，中國航天進入創新發展“快車道”，空間基礎設施建設穩步推進，北斗全球衛星導航系統建成開通，高分辨率對地觀測系統基本建成，衛星通信廣播服務能力穩步增強，探月工程“三步走”圓滿收官，中國空間站建設全面開啟，“天問一號”實現從地月系到行星際探測的跨越，取得了舉世矚目的輝煌成就。未來五年，中國航天將立足新發展階段，貫徹新發展理念，構建新發展格局，按照高質量發展要求，推動空間科學、空間技術、空間應用全面發展，開啟全面建設航天強國新征程，為服務國家發展大局、在外空領域推動構建人類命運共同體、促進人類文明進步作出更大貢獻。

隨著航天科技的進步，消除地球濃厚的大氣層、電離層、臭氧層和地磁場等綜合因素影響的太空光學望遠鏡應運而生，中國空間站工程巡天望遠鏡成為人類新的“飛天巨眼”。

研制歷程

2009年12月，中國載人航天工程空間應用系統的總部組織召開一系列研討會，探討空間站在微重力科學、天文學、生命科學、地球科學等領域的科學目標與研究方向，由此拉開了CSST項目的序幕。?2013年11月，中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）研制正式立項。

2015年，該方案被調整為中國空間站工程巡天望遠鏡與空間站共軌獨立飛行并獲得批準。之后經過遴選，中國空間站工程巡天望遠鏡配備的巡天模塊、太赫茲模塊等5臺儀器被確定下來。2020年，經中國載人航天工程辦公室批準，成立了中國空間站工程巡天望遠鏡科學工作聯合中心和四個科學中心：北京大學科學中心、國家天文臺科學中心、長三角地區科學中心和粵港澳大灣區科學中心。

2021年1月23日，中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）科學工作委員會以視頻會議的形式召開首次會議，會務工作由CSST科學工作聯合中心具體承擔。確定了CSST科學研究以大科學工程計劃為主并結合自由探索的方式開展工作。

2021年4月17日，中國空間站工程巡天望遠鏡（CSST）科學工作聯合中心暨國家天文臺科學中心揭牌儀式在國家天文臺舉行。科學工作聯合中心依托中科院國家天文臺建設，負責科學研究的組織管理和科學數據處理系統的研制。

CSST科學數據處理系統于2021年5月28日-31日在重慶舉辦第一次“科學數據處理-科學研究”聯合研討會。主題聚焦于CSST巡天圖像處理。會議邀請各研究方向專家介紹研究方法和科學需求，科學數據系統負責圖像處理的相關專家將介紹數據系統的研制情況。通過充分的交流討論，明確科學研究的主要需求，保障科學數據處理系統的成功研制和科學研究的順利開展。

2022年1月13-15日，中國空間站工程巡天望遠鏡科學數據處理系統2021年度總結研討會以線上線下相結合的方式召開。此次會議分為北京、上海市和南京三個分會場。

2022年4月，CSST初樣研制進入關鍵期。當年底，初樣鑒定件研制完成。

2022年7月5日，中國空間站工程巡天望遠鏡CSST第一批科學研究課題整體通過中期總結評審，科學工作聯合中心代表全體課題做中期總結報告。

2023年3月27日至4月1日，中國空間站工程巡天望遠鏡首屆科學年會在北京懷柔舉行。來自中國載人航天工程、中國科學院、各高校等59個參會單位的600余名代表齊聚一堂，就中國空間站工程巡天望遠鏡的科學任務、技術創新、數據處理和分析等方面進行了深入的探討和交流。

CSST科學數據處理系統于2023年5月5日-8日在泉州市舉辦第三次科學數據處理系統-科學團隊交流討論會。充分討論和CSST科學數據處理相關的關鍵問題，保障CSST科學數據處理工作的順利開展，介紹CSST模擬軟件2.0版本的發布并開展使用培訓。

2023年8月18日，根據載人航天工程研制進度要求，中國空間站工程巡天望遠鏡科學工作聯合中心在北京召開了中國空間站工程巡天望遠鏡科學數據處理系統項目中期評審會。

2024年11月，中國空間站工程巡天望遠鏡預計2027年發射。

2026年1月7日，中國空間站工程巡天望遠鏡科學仿真研究系列成果在國際學術期刊《天文和天體物理學研究》以專刊形式在線發布。

主要使命

中國空間站工程巡天望遠鏡的主要使命是“巡天觀測”，也就是對天體進行普查，能夠清晰、精細地觀察到成千上萬的星系，帶來全景式宇宙高清圖，因此該望遠鏡占據最主要觀測時間的是巡天模塊。“巡天觀測”約占中國空間站工程巡天望遠鏡運行時間的70%。

必要性

“對于地面巡天，20世紀八十年代時我們錯過了機會，后來美國杰里·斯隆（SDSS）望遠鏡做了，現在LSST也將開始做。但是空間上的光學巡天還沒開始做，而空間巡天又太重要了。因為它可以達到比地面巡天好一個數量級的像質，所以如果有機會能夠做空間巡天，意味著中國天文進入了一個非常了不起的時代。”國家天文臺陳建生院士說。

空間巡天是當今中國天文學研究的一個重要目標點。在這個巡天的黃金時代，中國人必須有自己的空間巡天。

觀測計劃

巡天觀測是中國空間站工程巡天望遠鏡在軌運行最重要的一項工作，在其10年運行的初步規劃中，預計需要約7年的時間完成。同樣地，巡天數據處理和相應的科學研究工作也是研究課題的重點。觀測宇宙學研究需要大量的河外天體樣本，所以中國空間站工程巡天望遠鏡的巡天觀測以恒星密度和黃道光背景都較低的中高銀緯、中高黃緯天區為主。目前任務規劃中，中國空間站工程巡天望遠鏡巡天包括四部分：17500平方度多色成像觀測、與之同天區的無縫光譜觀測、400平方度的多色成像深場觀測、與之同天區的無縫光譜深場觀測。

技術特點

總體設計

中國空間站工程巡天望遠鏡主要分成兩部分即“平臺段”與“光學設施段”，前者其實就是中國空間站工程巡天望遠鏡的“資源艙”，負責為其太空飛行提供動力，后者則是CSST主體載荷，包括5臺觀測設備，即巡天模塊、太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀和系外行星成像星冕儀。

中國巡天空間望遠鏡采用了離軸三反光學系統，大幅度提高了探測效率和精度，處于國際領先水平線。

中國空間站工程巡天望遠鏡總長約14米，最大直徑約4.5米，發射質量約16000千克。

光學系統

中國空間站工程巡天望遠鏡利用一個口徑2米的空間天文望遠鏡及其多個后端模塊在近紫外-可見光近紅外波段進行觀測，通過深度多色成像和無縫光譜巡天進行普查再對篩選出來的天體或者天區進行精細研究，中國空間站工程巡天望遠鏡預計2027年發射，巡天周期為10年，總曝光次數約為65萬次，其中在中高銀緯、中高黃緯曝光51萬次，低緯度曝光8萬次，深場觀測曝光次數約為6萬次，與國際上的大型巡天計劃相比，中國空間站工程巡天望遠鏡主巡天的巡天面積極大、波長覆蓋范圍極廣、空間分辨率更高。

在多色測光成像巡天方面，中國空間站工程巡天望遠鏡的觀測視場包括了從近紫外到近紅外共7個波段，相較于斯隆數字巡天的5個波段探測范圍更廣；

巡天模式

中國空間站工程巡天望遠鏡巡天模塊是一個視野極為寬闊的相機，視場達到1.1x1.2平方度。

中國空間站工程巡天望遠鏡在巡天模式下的觀測每次曝光約為150秒，對于巡天中的每個觀測天區會進行兩次曝光。天文上一般以星等表示天體的明暗，星等越大表示天體越暗，每相差5個星等，天體之間的亮度相差100倍。中國空間站工程巡天望遠鏡在總共短短300秒的曝光時間，就可以獲得低至26星等左右（不同波段具體數值有差別）的天體圖像，這要比人眼能夠看到的最暗的恒星還要暗上1億倍。在這樣的觀測深度上，研究者可以在每個平方角分看到30個左右的星系。在整個巡天周期里，巡天模塊將會覆蓋17500平方度的天區，是整個天空面積的40%，積累近20億星系的高質量數據。

探測器

中國空間站工程巡天望遠鏡的主焦面由30塊探測器拼接而成。其中18塊探測器上設置有不同的濾光片，可以獲得宇宙天體在不同波段的彩色圖像；另外12塊探測器則用于無縫光譜觀測，每次曝光可以獲得至少1000個天體的光譜信息。運行后，它將成為太空中像元規模最大的天文相機。

成像特點

中國空間站工程巡天望遠鏡是光學望遠鏡，捕捉的是近紫外至可見光波段，通過組成望遠鏡的直徑大、焦距長的物鏡和直徑小、焦距短的目鏡，實現遠距離物體近處成像。通過光學望遠鏡，可以觀察到很遠的天體。

科學數據處理系統

科學數據處理系統是針對中國空間站工程巡天望遠鏡科學數據處理的專門系統，未來運行在載人航天工程公有云平臺環境，對中國空間站工程巡天望遠鏡的科學運行和科學研究將起到關鍵的支持作用，是其實現科學目標、取得重大成果的基本保障。它的主要任務是實現中國空間站工程巡天望遠鏡科學觀測需求編排和完成各個后端模塊的觀測數據處理以及觀測數據仿真研究，最終生成滿足CSST科學目標的科學數據產品。

科學目標

宇宙學

宇宙學是研究宇宙和物質起源演化基本規律的重要前沿科學分支。利用中國空間站工程巡天望遠鏡大天區巡天和超深場觀測提供的豐富觀測數據深入開展宇宙學觀測和理論研究，是中國空間站工程巡天望遠鏡科學研究的重要領域。利用強弱引力透鏡等方法重構宇宙物質密度場并描繪暗物質在不同尺度上的密度分布，結合其他波段觀測數據，以限制暗物質屬性，研究其質量、自相關作用、與重子物質的相互作用等，限制暗物質相關的宇宙學參數；研究暗物質暈和星系的共同演化；探索暗物質的宇宙分布特性及演化。

星系和活動星系核

星系是構成可見宇宙的基本單元。星系的形成演化是現代天文學的核心研究內容之一。通過星系大樣本的統計分析，研究星系和暗物質成團性，限制宇宙學參數；通過弱引力透鏡、重子聲波振蕩、紅移畸變、星系團統計等宇宙學探針研究宇宙大尺度結構與演化，測定宇宙學參數；結合宇宙微波背景、超新星等數據，研究中微子性質和原初擾動等。

銀河系及近鄰星系

銀河系和近鄰星系構成的本星系群對研究星系的精細結構、形成和演化，星系際環境對星系的影響，以及第一代恒星探測和限定暗物質性質等天體物理和宇宙學基本問題具有重要意義。

恒星科學

恒星是宇宙中可見物質的主要存在形式，恒星物理學是現代天體物理學的重要基石。恒星形成、結構和演化規律研究是認識星系進而認識整個宇宙的基礎，是天體物理學的前沿領域。

基于CSST的天體測量

中國空間站工程巡天望遠鏡的成像質量和觀測深度為發展高精度天體測量提供了有利條件，將顯著加深加密現有天球參考架，也為推動天體物理和天體測量科學研究提供了新的機遇。

系外行星與太陽系天體

太陽系外行星與太陽系天體探測與研究是當前國際天文學重要的前沿和熱點領域之一。利用中國空間站工程巡天望遠鏡獨特的觀測能力開展系外行星和太陽系天體的觀測研究，將加深對宇宙中行星和太陽系形成和演化的深入理解。

暫現源／變源和重要天文事件響應

暫現源（變源）和突發天文事件一般伴隨著劇烈的能量釋放過程，是研究極端條件下物理的難得機遇。當前天文學已進入了多信使研究新時代，中國空間站工程巡天望遠鏡也必然要對突發重要天文事件做出響應，做出獨特貢獻。

研究意義

中國空間站工程巡天望遠鏡的發射是為了克服地面觀測的限制，提供更清晰、準確和連續的觀測數據。它能夠消除大氣干擾和吸收、觀測更深的宇宙和更細微的細節，以及實現連續觀測。通過中國空間站工程巡天望遠鏡，我們能夠深入探索宇宙的起源、演化和結構，研究恒星、行星、星系以及宇宙中的各種現象和過程。中國空間站工程巡天望遠鏡的確造價高昂，但它們是仰望星空的人類之眼，其獲取的知識、給人類社會帶來的福祉，將影響深遠。

挑戰與難題

首先是高昂的成本。中國空間站工程巡天望遠鏡的設計、制造、發射和運行都需要巨額資金的投入。設計一個能夠在太空極端環境中工作的太空望遠鏡需要先進的技術和高精度的儀器，從研發到測試以及制造，都要投入巨大成本。此外，為確保望遠鏡在太空中的可靠性和性能，需要在地面進行許多嚴苛的力學、熱學、真空等試驗，這也會產生巨額的資金投入。將中國空間站工程巡天望遠鏡送入太空需要借助火箭，而一次火箭發射所需要的費用可達幾百萬美元甚至上億美元。同時，運行和維護中國空間站工程巡天望遠鏡也需要大量的資金投入。這些高昂的成本使得中國空間站工程巡天望遠鏡的規劃和執行具有挑戰性，需要合理的資金規劃以及財務支持，以確保中國空間站工程巡天望遠鏡的順利運行。

其次是技術難題。中國空間站工程巡天望遠鏡在極端的外層空間環境中工作，面臨著宇宙射線輻照、巨大的溫度變化、微小隕石的撞擊以及真空環境等挑戰。為了確保望遠鏡的正常運行和觀測精度，需要解決許多技術難題。其中之一是精確的定位和穩定的姿態控制。中國空間站工程巡天望遠鏡需要精確的位置和穩定的姿態，以確保目標源的可觀測性。這包括準確的指向和精確控制，以便消除望遠鏡自身的震動和漂移，從而獲取準確的觀測信息。另一個挑戰是穩定的溫度控制。太空里溫度變化極大，從極冷的太空溫度到強烈的太陽輻射，溫差變化可達數百攝氏度。為了保證設備的正常運行，需要采取有效的溫度控制措施，例如隔熱材料和冷卻系統等，以確保設備在不同溫度條件下的穩定性和可靠性。可靠穩定的通信系統也是一個關鍵問題。中國空間站工程巡天望遠鏡需要與地面系統進行通信，以接收指令、發送觀測數據和接收遠程控制信號。考慮到太空中復雜的環境和地球大氣層的影響，確保通信系統的可靠性和穩定性具有重要意義。

最后，還可能面臨維護和修復難題。中國空間站工程巡天望遠鏡遠離地面，對設備的維修就變得極具挑戰性。雖然地面系統可以通過遠程操作解決一些問題，但由于地面系統與望遠鏡之間的通信延遲、復雜多變的空間環境等因素的影響，維護和修復設備需要非常仔細的計劃和精確的指令傳輸。但有些問題仍需要工程師親自進行修復。航天飛機曾搭載相關人員去修復哈勃空間望遠鏡的畸變問題。