NASA本周宣布，新一类太空望远镜中的首个项目有望在2030年代初抵达发射台。
PRIMA任务将成为NASA“探测器级”探测任务（Probe Explorers）的首个项目，这是一条旨在以更少资金实现更多科学产出的新型天文台系列。该机构的太空望远镜通常分为两类：成本较低的“探索者级”（Explorer-class）任务，成本上限约为几亿美元；以及旗舰级天文台，例如最近发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，其造价约为43亿美元。
通过设立“探测器级”任务，NASA官员希望在小型探索者任务与数十亿美元级旗舰任务之间找到更好的平衡点。在一个独立科学家小组建议设立这一新任务类别后，NASA已针对潜在的探测器级任务概念研究了数年。但直到最近，由于特朗普政府对NASA科学预算施加压力，能否有足够资金真正启动这类任务的开发一直不明朗。
NASA周三宣布将推进PRIMA计划，全称为“天文物理远红外探测任务”（Probe far-Infrared Mission for Astrophysics）。在NASA今年早些时候取消了竞争任务——一个名为AXIS的X射线天文台的资格后，PRIMA成为首个探测器级任务的唯一入围者。NASA表示，AXIS的概念研究表明该任务无法满足机构设定的进度和预算限制。
领导AXIS概念研究的科学家将责任归咎于NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天飞行中心的管理混乱与运营中断问题。若AXIS进入研发阶段，该中心原本将负责领导此项目。而PRIMA任务将由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室（JPL）主导，而该实验室同样正面临机构性危机，在研任务稀少，并经历了多轮裁员。
旗舰级任务从设计、建造到测试往往需要耗时数十年才能抵达发射台。罗曼太空望远镜是个例外——从NASA批准立项到上月成功发射，前往距地球一百万英里的观测轨道，整个过程仅用了10年时间。
韦布望远镜的“遗产”
PRIMA的预算上限为12亿美元（不含发射费用），规模和复杂程度都不及罗曼望远镜，因此其研发周期理应更短。NASA计划在七年后，即2033年发射PRIMA。该望远镜将在24至235微米波长范围内观测宇宙中微弱的远红外光，这要求其主光学系统冷却至4.5开尔文（约合零下451华氏度）。
通常，这需要全新研制一套复杂的低温制冷系统。而PRIMA将采用詹姆斯·韦布空间望远镜研发过程中遗留的备用制冷装置，经过改装后使用液态氦-3（而非氦-4）作为冷却介质。PRIMA所用的动态电感探测器焦平面将被冷却至更低的100毫开尔文，使该任务的光学系统有望成为迄今送入太空的最低温设备。
根据任务科学团队介绍，PRIMA在远红外波段的高灵敏度将帮助人类深入探索行星及其大气层的起源、星系与黑洞的协同演化，以及宇宙尺度上尘埃与金属属性的变化。PRIMA配备一面直径5.9英尺（1.8米）的主镜，将部署在距地球一百万英里的日地L2拉格朗日点轨道上运行。
该任务观测的红外波段将比NASA以往或现有的任何红外天文台（如斯皮策望远镜和韦布望远镜）都更深入，并将在欧洲赫歇尔太空望远镜发现成果的基础上继续拓展——赫歇尔曾为天文学家揭示了宇宙纤维结构的形成，以及水在恒星与行星形成过程中的作用。
“PRIMA任务是人类通向深空宇宙的下一扇窗口，”NASA科学任务理事会副局长妮基·福克斯（Nicky Fox）在声明中表示，“它将揭示跨越宇宙时间的隐秘现象，帮助我们更好地理解行星、恒星、黑洞的形成，甚至地球水资源的起源。”
NASA本周的公告为该任务进入研发B阶段开了绿灯，接下来将进行初步设计评审，并在数年后接受NASA总部的确认评审——这将标志着任务正式获批进入飞行硬件集成阶段。整个天文台预计发射时重量将低于3.4公吨（7500磅）。
“单一任务无法探索宇宙的所有奥秘。但通过PRIMA将我们观测舰队的探测能力拓展至远红外波段，我们将能够对宇宙进行极为全面的观测，”NASA天体物理学部主任肖恩·多马加尔-戈德曼（Shawn Domagal-Goldman）表示，“借助韦布和罗曼太空望远镜，我们已经形成了在每个十年上下半期分别发射旗舰级任务的节奏。我们将延续这一节奏，用PRIMA开启下一个十年，作为持续推出同等级别任务体系的一部分。”
旗舰任务依然充满挑战
与此同时，NASA仍在为下一代大型旗舰太空望远镜——“宜居世界天文台”（Habitable Worlds Observatory，HWO）进行初步架构研究和技术开发工作，该项目计划于2040年代发射。预计其规模至少与詹姆斯·韦布空间望远镜相当，若NASA能够利用SpaceX星舰等新型超重型运载火箭，其主镜尺寸甚至可能更大。HWO将在紫外、可见光和近红外等多个波段观测宇宙。
早期成本估算显示，“宜居世界天文台”耗资约为110亿美元，与韦布望远镜相当——而韦布望远镜的最终成本远超最初预期。
“这是一个足够雄心勃勃的天文台项目，需要举全国之力共同推进，”多马加尔-戈德曼周二在美国国家科学院天文学与天体物理学委员会会议上表示，“坦率地说，我们也需要国际合作伙伴的大力参与。但无论是在戈达德中心、其他NASA中心、产业合作伙伴、新兴商业航天公司，还是高校，我们都需要汇聚全美最优秀的人才，共同参与这项工作。”
多马加尔-戈德曼本周表示，NASA希望借鉴罗曼望远镜按时按预算开发与发射的经验，帮助未来像HWO这样的旗舰任务实现更严格的成本控制。
“我们已经用南希·格雷斯·罗曼望远镜的提前发射、按预算完成证明了一件事：这类项目超预算、超进度并非必然规律，”他说，“但这并不意味着这类项目容易实现，也不意味着我们可以掉以轻心地认为它们总能按时按预算完成，因为这一点同样已被现实打破过。”
多马加尔-戈德曼表示，NASA从实施旗舰项目中吸取的经验包括：必须先明确任务架构与需求，并在工程师开始建造飞行硬件之前，充分理解其底层技术。
“简而言之，你需要充分理解挑战本身，确保任务面临的挑战已被彻底摸清，一旦理解到位，就要全力以赴，尽快将天文台送上发射台，”他说。
Q&A
Q1：PRIMA任务是什么？它有什么用途？
A：PRIMA是NASA“探测器级”探测任务系列中的首个项目，全称为“天文物理远红外探测任务”，成本上限为12亿美元。它将在远红外波段观测宇宙，帮助科学家研究行星起源、星系与黑洞演化以及宇宙尘埃变化等问题。
Q2：PRIMA计划什么时候发射？
A：NASA计划在2033年发射PRIMA望远镜，从立项到发射预计耗时七年，比传统旗舰级太空望远镜的研发周期短得多。
Q3：“宜居世界天文台”和PRIMA有什么区别？
A：“宜居世界天文台”（HWO）是NASA下一代旗舰级太空望远镜，计划2040年代发射，预算约110亿美元，规模与韦布望远镜相当甚至更大；而PRIMA属于成本更低、周期更短的探测器级任务，两者定位和规模都不相同。
