【簡(jiǎn)介：】真正意義上的永動(dòng)機(jī)是不可能的！因?yàn)樗`背了最基本的科學(xué)定律：能量守恒定律！但可以通過(guò)借助重力，磁力，偏心等外力轉(zhuǎn)換成不間斷能量設(shè)計(jì)出所謂的“永動(dòng)裝置”但能量微乎其微不具有

真正意義上的永動(dòng)機(jī)是不可能的！因?yàn)樗`背了最基本的科學(xué)定律：能量守恒定律！但可以通過(guò)借助重力，磁力，偏心等外力轉(zhuǎn)換成不間斷能量設(shè)計(jì)出所謂的“永動(dòng)裝置”但能量微乎其微不具有實(shí)用價(jià)值。

謝邀請(qǐng):物理規(guī)律談什么超越不超越的，物理規(guī)律是永恒不變的。永動(dòng)機(jī)是造出來(lái)的，不是目前的科學(xué)水平還不能夠?qū)⑺鼘?shí)現(xiàn)，而是永動(dòng)究竟是什么玩意？

中國(guó)目前的科學(xué)技術(shù)能造出詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡嗎？

30年內(nèi)很難很難！韋伯望遠(yuǎn)鏡其實(shí)早在1996年就已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢開(kāi)始制造，但因?yàn)榻?jīng)費(fèi)預(yù)算、遮陽(yáng)傘折疊等原因足足耽誤了25年才發(fā)射升空，可以說(shuō)韋伯望遠(yuǎn)鏡一經(jīng)發(fā)射就已經(jīng)是落后于這個(gè)時(shí)代的技術(shù)水平了。那么，即使是這樣，為什么說(shuō)咱們國(guó)家制造韋伯望遠(yuǎn)鏡還很難很難呢？

這篇文章，站長(zhǎng)就跟大家聊聊制造韋伯望遠(yuǎn)鏡中的幾大難題。

更大口徑的鏡片要問(wèn)什么是光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡的核心參數(shù)，那么鏡頭大小必然是最重要的一個(gè)。鏡片的口徑大小和觀測(cè)能力成正比關(guān)系，鏡頭越大，觀測(cè)到的距離也就更遠(yuǎn)，分辨率也就更高。

韋伯望遠(yuǎn)鏡的鏡片口徑史無(wú)前例的增大到了6.5米，是前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡（2.4米）的近3倍，集光面積也從哈勃的4.5平米增大到了25.4平米，這些參數(shù)的升級(jí)可真不小。

值得一提的是，別看韋伯的口徑只是增加了不到3倍，但是帶來(lái)了極大的制造難度以及成本攀升。

為了解決超大鏡面問(wèn)題，美國(guó)科學(xué)家創(chuàng)新性的提出了拼接方案，整個(gè)6.5米口徑的鏡頭是由18片六邊形的小鏡片拼接而成，而且為了方便發(fā)射減小阻力，這些小鏡片在發(fā)射前是折疊到一起的，進(jìn)入到太空后才拼接成一個(gè)大鏡頭。

而這18片鏡片拼接和折疊的精度就決定了這塊主鏡頭的成敗，為了達(dá)到媲美成片鏡頭的效果，這18片鏡頭的折疊和拼接精度要達(dá)到10nm級(jí)別，這可是極具挑戰(zhàn)性的精密動(dòng)作。

敢在如此重要的鏡頭上做文章 ，也就米國(guó)有創(chuàng)意、有魄力敢這么玩了！

更精密的鏡面材料韋伯望遠(yuǎn)鏡在制造、發(fā)射和展開(kāi)工作時(shí)要面臨一百多度溫差的環(huán)境溫度。特別是它的核心器件工作溫度已非常接近絕對(duì)零度，對(duì)鏡面材料的要求極高，因此需要同時(shí)具備抗彎剛度高、熱穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高、反射率高、密度低、溫度形變小、性質(zhì)不活潑等特點(diǎn)。

在精密要求上，鏡片的制造加工精度要達(dá)到10納米級(jí)別，這個(gè)要求所允許的誤差相當(dāng)于一張A4紙厚度的萬(wàn)分之一，考驗(yàn)的是一個(gè)國(guó)家的精密機(jī)床等基礎(chǔ)工業(yè)水平。

遮陽(yáng)傘的制造和自主展開(kāi)控制遮陽(yáng)傘的功能簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是為了給望遠(yuǎn)鏡遮擋一些太陽(yáng)光和地球反射回來(lái)的光，讓望遠(yuǎn)鏡維持在一個(gè)極低的溫度，擺脫地球和太陽(yáng)的輻射干擾，讓觀測(cè)更加精確。

這部分的難度主要體現(xiàn)在遮陽(yáng)傘的制造以及升空后的展開(kāi)動(dòng)作兩個(gè)方面。

在制造方面，這把遮陽(yáng)傘采用5層結(jié)構(gòu)，每一層材料主要由聚酰亞胺、硅膜和鋁膜構(gòu)成，首層最厚也僅為50微米，比人類頭發(fā)絲直徑還小，而中間層僅為25微米，可以說(shuō)非常精密了。

而這5層要達(dá)到的效果就是能屏蔽300℃以上的溫度，也就是說(shuō)向陽(yáng)面即使有300度以上，被遮擋后傳遞給望遠(yuǎn)鏡的溫度也僅僅是0℃左右。

只是掌握了遮陽(yáng)傘的制造還不行，還得想辦法把遮陽(yáng)傘給送上太空并且能夠在太空中順利展開(kāi)，畢竟這個(gè)遮陽(yáng)傘足足有300個(gè)平米大小，現(xiàn)有的火箭還沒(méi)辦法把它展開(kāi)后送上去，所以科學(xué)家們不得不把它折疊起來(lái)塞進(jìn)火箭里。

進(jìn)入太空后火箭將其“吐出”，然后釋放出100多臺(tái)小車抓住遮陽(yáng)傘的一角讓其逐層展開(kāi)，每個(gè)小車的動(dòng)作需要完美配合，避免褶皺或者撕裂，這個(gè)難度也是非常之大。

這也是為什么前兩天遮陽(yáng)傘被成功打開(kāi)的消息傳回地球時(shí)，科學(xué)家們會(huì)激動(dòng)到流眼淚的原因。

拉格朗日2點(diǎn)的安穩(wěn)運(yùn)行為了追求觀測(cè)的極致效果，避免地球塵埃、輻射的影響，韋伯望遠(yuǎn)鏡被發(fā)射到了距離地球150萬(wàn)公里的太空中，這個(gè)地方被稱為“地日拉格朗日L2點(diǎn)”。

這個(gè)距離有多遠(yuǎn)，大概是地球和月球距離（38萬(wàn)公里）的4倍！

而它的前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡，離地球僅僅是575公里。

發(fā)射到這么遠(yuǎn)，就存在一個(gè)大問(wèn)題：

150萬(wàn)公里的距離實(shí)在太遠(yuǎn)，人類根本沒(méi)辦法進(jìn)行升空維修，這就要求韋伯望遠(yuǎn)鏡上的所有設(shè)備都必須一次性成功，容不得半點(diǎn)差錯(cuò)，這對(duì)研究設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)難度非常之大。

當(dāng)年哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射后就曾發(fā)生了故障影響觀測(cè)，人類不得不派出5次航天飛機(jī)進(jìn)行維修，才避免了幾十億的損失。

只是哈勃望遠(yuǎn)鏡距離地球只有575公里，而韋伯則是150萬(wàn)公里，這就是“一錘子買賣”，非?？简?yàn)技術(shù)可靠性。

超高的經(jīng)費(fèi)預(yù)算其實(shí)，除了技術(shù)難度之外，讓我們望而卻步的，還有巨大的研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入。

韋伯望遠(yuǎn)鏡是迄今為止世界上最貴的單體航天器，造價(jià)達(dá)到了100億美金，考慮到它的質(zhì)量?jī)H為6.5噸，也就意味著它的單價(jià)超過(guò)人民幣10000元/克，是黃金單價(jià)的20余倍！

所以，韋伯望遠(yuǎn)鏡是名副其實(shí)的“黃金眼”！

與之形成鮮明對(duì)比的是，咱們國(guó)家每年的航天總預(yù)算僅僅是20億美金左右，咱們用于探測(cè)任務(wù)的悟空號(hào)探測(cè)器也僅僅是投入了不到1億美金。

悟空號(hào)：

巨大的經(jīng)費(fèi)差距，一定程度上也就注定了研發(fā)技術(shù)水平的差距。

技術(shù)積累需一步一個(gè)腳印數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類從上世紀(jì)60年代以來(lái)總共發(fā)射了大概100個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡，而中國(guó)在里面只有悟空號(hào)一個(gè)暗物質(zhì)探測(cè)器，存在感非常低。

在未來(lái)兩年內(nèi)，咱們國(guó)家最先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡是計(jì)劃在2024年發(fā)射升空的“巡天”光學(xué)艙平臺(tái)搭載的望遠(yuǎn)鏡。

這個(gè)望遠(yuǎn)鏡將會(huì)被發(fā)射至離地球320公里左右的中國(guó)空間站軌道上，基本上是貼地飛行了。

望遠(yuǎn)鏡的鏡頭口徑將達(dá)到2米，略小于哈勃望遠(yuǎn)鏡的2.4米，配備31個(gè)9k×9k CCD、8個(gè)4k×6k CMOS GS、8個(gè)2k×2k CMOS WFS，25億+2億像素，觀測(cè)波長(zhǎng)范圍255~1000納米，g波段模擬像質(zhì)0.13~0.15角秒，軌道高度393千米時(shí)對(duì)地極限分辨率0.132米，有效視場(chǎng)1.1平方度，帶有7個(gè)濾光片，具有光譜能力。在角分辨率、光軸長(zhǎng)期指向穩(wěn)定性等方面，該望遠(yuǎn)鏡的性能仍不及哈勃望遠(yuǎn)鏡。

技術(shù)積累需要一步一個(gè)腳印，指望我們從一無(wú)所有的水平直接跳躍到制造世界最先進(jìn)望遠(yuǎn)鏡的水平，這本身就是一種違背科學(xué)規(guī)律的說(shuō)法，咱們國(guó)家制定“巡天”望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃時(shí)，必然做了多種考量，任何的詆毀或吹捧都改變不了中國(guó)航天的穩(wěn)健步伐。

你認(rèn)為中國(guó)能制造出韋伯望遠(yuǎn)鏡嗎？你認(rèn)為最大的難度是什么？歡迎留言區(qū)討論！

這里是科學(xué)驛站，我是站長(zhǎng)，歡迎點(diǎn)贊和關(guān)注！

答案是——能，以中國(guó)目前的科學(xué)技術(shù)是可以造出像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡的，當(dāng)然了，這是從宏觀角度上得到結(jié)論。歡迎關(guān)注兵器知識(shí)譜，今天我們來(lái)科普關(guān)于空間天文望遠(yuǎn)鏡的知識(shí)。

詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡從1996年立項(xiàng)到前日發(fā)射升空，一共歷時(shí)25年，總共花費(fèi)資金97億美元，將在距離地球150萬(wàn)公里的L2拉格朗日點(diǎn)軌道運(yùn)行，對(duì)宇宙空間進(jìn)行觀測(cè)。

與以前的哈勃望遠(yuǎn)鏡相比，詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡的特點(diǎn)主要有以下三點(diǎn)：第一、運(yùn)行距離遙遠(yuǎn)；第二、采用紅外線探測(cè)、第三、探測(cè)距離更遠(yuǎn)。

我們先來(lái)說(shuō)第一點(diǎn)——運(yùn)行距離遙遠(yuǎn)。詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行軌道為L(zhǎng)2拉格朗日點(diǎn)，所謂拉格朗日點(diǎn)又稱為平動(dòng)點(diǎn)，簡(jiǎn)單理解就是兩個(gè)天體的連線上，且靠近較小天體的一側(cè)。

也就是地球與太陽(yáng)連成一線，靠近地球的那一側(cè)，我們可以用“三點(diǎn)一線”來(lái)理解，在這個(gè)點(diǎn)上地球引力的影響是非常小的，航天器就像同步衛(wèi)星一樣在這個(gè)點(diǎn)上跟著地球轉(zhuǎn)圈圈，確保自己始終背對(duì)著太陽(yáng)。

L2拉格朗日點(diǎn)距離實(shí)在是太遙遠(yuǎn)了，與地球的距離達(dá)到了150萬(wàn)公里，所以想要造出像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡，先決條件就是擁有將航天器運(yùn)送到距離地球150萬(wàn)公里的L2拉格朗日點(diǎn)的能力。

下圖為太陽(yáng)系中的幾個(gè)拉格朗日點(diǎn)，紅色箭頭指示的就是詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡即將到達(dá)的目的地——L2拉格朗日點(diǎn)，它將在這里進(jìn)行環(huán)繞運(yùn)行。

第二點(diǎn)——采用紅外線探測(cè)。人類第一個(gè)深空探測(cè)天文望遠(yuǎn)鏡是哈勃望遠(yuǎn)鏡，它采用了白光探測(cè)原理，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將一部巨大的天文望遠(yuǎn)鏡送入太空近地軌道進(jìn)行觀測(cè)。

而詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡則是采用了紅外線成像技術(shù)，這就好比特種兵槍械上使用的白光瞄準(zhǔn)鏡與紅外線瞄準(zhǔn)鏡的區(qū)別，白光瞄準(zhǔn)鏡只能對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行觀測(cè)，而紅外線瞄準(zhǔn)鏡則可以觀測(cè)所有處在絕對(duì)零度以上溫度的物體（＞-273.15℃）。

這就是詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡需要一面由18塊鍍金鈹反射鏡組成主鏡陣矩的原因，這是能造出像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)條件，即具備制造大型高端紅外線探測(cè)儀的能力。

第三點(diǎn)——探測(cè)距離更遠(yuǎn)。詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡的核心任務(wù)是探索宇宙大爆炸的奧秘，即生命起源，如果有人理解為尋找宇宙新生命或者外星人，那也不算錯(cuò)。

如何才能達(dá)到探索宇宙大爆炸奧秘的目的呢？答案就是要看得更遠(yuǎn)，因?yàn)橛钪娲蟊ǖ陌l(fā)生是以光線的形式呈現(xiàn)的，如果能夠看得更遠(yuǎn)，那么這些光線就會(huì)被探測(cè)到，比如說(shuō)135億光年以外的光線。

下圖為玉兔二號(hào)的紅外相機(jī)所拍攝的月球表面圖片，我國(guó)的航天紅外成像技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，制造大型陣列紅外相機(jī)不存在技術(shù)限制。

因此更遠(yuǎn)的探測(cè)距離是能造出詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)，詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡集合了人類目前最先進(jìn)、最前沿的電子、光學(xué)、化學(xué)、遙感等高科技于一身，代表著人類空間探測(cè)的最高技術(shù)水平。

那么問(wèn)題就來(lái)了：同樣做為一個(gè)航天大國(guó)，中國(guó)目前的科學(xué)技術(shù)能不能造出像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡呢？

如果從以上三個(gè)特點(diǎn)來(lái)看，從理論上來(lái)講，中國(guó)是具備這樣的能力的，依據(jù)也是上述講到的三大特點(diǎn)。

第一，深空遙測(cè)技術(shù)，我國(guó)的“嫦娥二號(hào)”衛(wèi)星在2011年6月初結(jié)束探月任務(wù)后就向L2拉格朗日點(diǎn)進(jìn)發(fā)，經(jīng)過(guò)77天的飛行，于同年8月25日準(zhǔn)確進(jìn)入L2拉格朗日環(huán)繞軌道。

這說(shuō)明我國(guó)已經(jīng)具備將航天器運(yùn)送至運(yùn)行距離遙遠(yuǎn)的L2拉格朗日環(huán)繞軌道的能力，也就是說(shuō)中國(guó)目前已經(jīng)具備制造詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡的先決條件。

下圖為嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的飛行軌跡解析，2011年就已經(jīng)飛到L2拉格朗日點(diǎn)，目前已經(jīng)飛到距離地球7000萬(wàn)公里以外的深空。

第二、大型高端紅外線探測(cè)器技術(shù)，縱觀整個(gè)地球，也只有我國(guó)能在這項(xiàng)領(lǐng)域上與美國(guó)叫板，比如說(shuō)月球探測(cè)、火星探測(cè)等等，因此像這樣的硬件條件我國(guó)同樣是具備的。

第三、遠(yuǎn)距離紅外探測(cè)技術(shù)，我國(guó)在X紅外焦平面陣列技術(shù)、量子阱和超晶格紅外探測(cè)器陣列技術(shù)以及紅外焦平面陣列關(guān)鍵制造技術(shù)，甚至是量子阱和超晶格紅外探測(cè)器陣列的研究是出于世界領(lǐng)先水平的，就探測(cè)技術(shù)而言，我國(guó)是擁有這個(gè)能力的。

這就是我們說(shuō)中國(guó)目前具備制造像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡的能力的依據(jù)。

但問(wèn)題在于這只是理論上的“可以”，而客觀上的“可以”則有待將來(lái)驗(yàn)證，畢竟我國(guó)目前的空間天文望遠(yuǎn)鏡技術(shù)尚停留在對(duì)“巡天”天文望遠(yuǎn)鏡的水平上。

“巡天”天文望遠(yuǎn)鏡類似于哈勃天文望遠(yuǎn)鏡，技術(shù)上是超過(guò)哈勃的，但是重量、口徑等基礎(chǔ)規(guī)格卻低于哈勃，并且還要等到2024年才能發(fā)射聲控。

這就意味著我國(guó)的空間天文望遠(yuǎn)鏡水平還未問(wèn)世就已經(jīng)落后美國(guó)整整一代了，所以我們這里所說(shuō)的“可以”實(shí)質(zhì)上是宏觀角度上的“可以”，而現(xiàn)實(shí)是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，我國(guó)很難造出像詹姆斯韋伯那樣的空間天文望遠(yuǎn)鏡。

下圖為被稱之為“中國(guó)版哈勃望遠(yuǎn)鏡”的“巡天”空間天文望遠(yuǎn)鏡想象圖，我國(guó)實(shí)際上的空間天文望遠(yuǎn)鏡水平只達(dá)到了或者說(shuō)還未達(dá)到哈勃望遠(yuǎn)鏡的水平，像詹姆斯韋伯空間天文望遠(yuǎn)鏡那樣的深空探測(cè)器還有很遠(yuǎn)的差距需要去追趕。