詹姆斯·韦布空间望远镜（原来中文译作詹姆斯·韦伯太空望远镜）终于在2021年12月25日发射升空，为数十年的研发、制造和测试暂时画上了一个句号。但是对于这项耗资巨大、可称作人类工程学奇迹的科研项目来说，发射只能算是开了一个头，重要的工作还远未完成。韦布还需要几个月的时间，才能完成部署和调试并传回观测数据，它需要在没有任何人帮助的情况下完成其旅程的最后一步。

344个单点故障

工程师在建造像韦布望远镜这样的空间仪器时，会保留一份事项清单，如果其中任何一项失败，就会产生严重的、破坏任务的后果，这份清单就是所谓“单点故障”清单。其目标是通过开发备份系统和冗余来使“单点故障”列表尽可能短，但设计和预算限制通常意味着某些项目必须保留在这份清单当中。

例如，1980 年代美国宇航局（NASA）发送到木星的伽利略探测器有大约 30 个单点故障，一次火星登陆的单点故障有 100 多个，而韦布望远镜的单点故障列表长达 344 项。

韦布有这么多故障点的原因之一在于仪器本身的性质。韦布要进入的轨道距离地球有160万公里远，相比之下，它的前任哈勃空间望远镜距离地球只有550公里。工程师还必须在满足功能强大的需求与目前可将其送入轨道的火箭的局限性之间取得平衡。他们使用的方法是将韦伯折叠到阿丽亚娜-5型火箭的头锥上发射，然后让它在太空中像变形金刚一样展开。

不过，韦布面临的最大挑战之一不是单点故障的绝对数量，而是其中许多项目是相互关联的。也就是说，“只有一个部分必须正确打开，另一部分才能正确打开”，这是一串连锁反应。

这可不是一蹴而就的事。工程师和技术人员花了数年时间想象场景、运行模拟和测试每一个最后的组件。据《华盛顿邮报》报道，自该项目开始以来，已有超过 10000 人参与了相关的工作。然而，再多的准备也无法保证如此雄心勃勃的项目万无一失。因此，尽管有100亿美元的预算以及整整一代天体物理学家的希望、梦想和职业奉献，韦布团队也别无选择，只能接受极长的成败时刻清单。

下面是韦布在开始将图像发送回地球之前必须克服的五大挑战。

1. 遥远而孤独的轨道

如前所述，韦布不会像哈勃那样绕地球运行，它将紧密围绕一个名为第二拉格朗日点（L2）的地方保持轨道飞行，该点距离地球约160万公里。L2 是太阳和地球引力以某种方式平衡的一个位置，使航天器可以相对于地球保持在同一位置。实际上有五个这样的点，但天文学家选择 L2 是因为它可以保护韦布尽可能免受红外辐射（热量）的影响。

它在太阳系中的遥远位置意味着一旦韦布进入太空，它就必须完全独立运作，而不像哈勃望远镜那样有机会让宇航员进行维修。因为人类目前没有可用于 L2 轨道任务的维修能力，韦布将孤零零地悬在那里，独立完成所有工作，无论成败。

2. 遮阳罩的薄膜太薄了

韦布最大的表面是它的遮阳板。完全部署后，遮阳罩面积超过 280 平方米，将保护韦布免受来自太阳、地球和月球的红外线辐射。它的五层 Kapton 薄膜是一种具有特殊热性能的银色轻质材料，可以保证遮阳板面向地球的较暖一面和背向地球的较冷一面之间的温度差达到316摄氏度。发射三天后，装有紧密折叠遮阳材料的两个“托盘”将在望远镜的两侧展开，就像一对巨大的翅膀。

如果托盘未能完全按照设计锁定到位，那么在接下来的展开程序中，问题可能会迅速“级联”。

一旦托盘就位，遮阳板的薄膜将在第五天开始展开。如果薄膜上面出现小洞或者其他损伤，应该不会造成重大问题，但可能会给其他部件带来额外的负担，导致部署失败。

3. 18片小镜子不容有失

主镜将在第 13 天展开。它涂有黄金，形状像蜂窝，是有史以来放入太空的最大镜子，其收集面积是哈勃望远镜的六倍多。韦布的科学任务需要如此大的镜子来捕捉尽可能多的光，但这是一项巨大的工程挑战。工程师们的解决方案是由 18 个单独的六边形小镜子组成的镜子，每个六边形的直径为 1.3 米。它的单位面积重量大约是哈勃望远镜的十分之一！当在火箭整流罩内折叠起来时，韦伯的镜子被分成三个部分，这些部分将在韦伯在太空的第二周期间打开。

每个由铍制成的六边形小镜子都连接到一系列称为执行器的小型电机上，这将使飞行器能够将光聚焦在正确的角度。这里几乎没有犯错的余地。即使是最轻微的划痕也可能造成无法弥补的损害，并破坏韦布观察宇宙的能力。

4. 副镜必须精确到位

二次反射镜不像蜂窝表面的主镜那样华丽，但同样重要。这面镜子安装在三个 7.6米 长的臂上，将主镜收集的光子引导到望远镜本身，以便相机和光谱仪将光的物理特性转换为数据。三根长臂是由仅一毫米厚的复合材料制成的管子，将在发射后大约 10 天伸展开。

这里最大的挑战在于长臂将副镜放置到位。这需要建立一定量的动量以驱动组件卡入到位，以便将镜子精确定位在需要的位置。任何导致镜子最终位置微小变化的错位都可能导致韦布的严重功能失调。

5. 还有那些想不到的

344 个单点故障已经让人提心吊胆，但工程师列出它们的原因是为了限制和降低故障风险。他们可以在一系列条件下测试组件数千小时，他们可以运行模拟来观察不同过程在各种情况下如何展开。

更难准备的是意料之外的事情，那些想不到的危险情况。

例如，为了确保韦布的安全而导致的一连串的延误，实际上可能给韦布带来了诸多的不确定性和风险。

伽利略号探测器在发射前也经历了多年的延误。挑战者号事故后，伽利略号发射被推迟。探测器被运走并存放在仓库里。在这个过程中的某个时刻，本来能够确保探测器的一个天线伸出的部件上面的润滑剂被擦掉了。结果当伽利略号升空之后准备部署天线时，它被卡住了。科学家和工程师花了将近四年的时间才找到解决的办法。

难说这种事会不会发生在韦布身上。