近来，承载人类探究星斗大海愿望的詹姆斯·韦伯望远镜由于一组从间隔地球 100 万英里处拍照的 全彩相片 而成为全球热议论题。韦伯望远镜（简称“韦伯”）是哈勃望远镜的继任者，于 1996 年发动项目，开端方案于 2007 年发射，数次延期后最总算 2021 年 12 月升空，项目花费估量高达百亿美元。

　　花了 25 年才完结，韦伯望远镜也是现在史上最杂乱、最精细的太空望远镜。“韦伯不仅仅是哈勃的一个更好的版别，它是一个新事物，”美国太空望远镜科学研究所（STScI，担任韦伯运营作业的安排）地理学家 Erik Tollerud 说，韦伯将成为地理学的探究引擎，而地理学是一个依据软件的范畴。

　　望远镜中的集成科学仪器模块（ISIM）包含传感器、相机、电子设备等元素的杂乱组合。从最低等级的定制化集成电路，到 ISIM 中四种科学仪器的全体多物理场仿真，西门子软件能够说浸透到了韦伯项目中的各个层面：

　　Tanner 规划套件（包含内置 Calibre 集成）担任树立要害的模数转换器（ADC）阵列，将由韦伯拍照体系捕捉到的模仿图画，转换为能够下载的数字图画。Teledyne Technologies 在 Lewyn Consulting Incorporated （LCI）的支持下，为四大光学仪器中的三种供给了专用集成电路（ASIC），而此阵列正是这套集成电路的组成部分。

　　在英国莱斯特大学空间研究中心，NX 和 Teamcenter 被用于 MIRI 模块（低温仪器模块的一部分）的规划、模仿和制作。

　　此外，西门子还运用了 Femap 协助 NASA 模仿韦伯望远镜的组件功能，该软件能够聚集一切解算器信息，借此对韦伯望远镜上的全拼装仪器模块进行热剖析与结构剖析。

　　韦伯望远镜项目是美国宇航局第一个将 XML 用于数据库的大型太空使命。NASA 科学家运用 XML 作为他们的数据库。据 Wiki 百科介绍，这是一种面向文档的数据库。它有助于交流信息，从不同的地上体系组件搬迁数据，还减少了每个数据库版别所需的测验。

　　航天器内部的数据要搬迁到各个地上体系组件，搬迁由航天器厂商担任。放在曾经，这个进程是十分费钱且费时的。当韦伯项目装置 XML 体系作为他们的数据库时，组件之间的数据搬迁变得简略多。此外，数据库能够处理体系中的多个问题。现在，韦伯项目中的 XML 现已在模仿器、前端处理器、工程档案、剖析体系等体系中得到运用。

　　韦伯项目全体选用事情驱动的软件架构 (event-driven architecture)。依据太空望远镜科学研究所宣告的论文，此举为操作望远镜供给了更大的灵敏性，也大幅简化了底层体系。此外， 事情驱动体系的自主性供给了依据遥测呼应的航天器和科学仪器指令。在产生毛病的情况下，望远镜可继续进行不受事情影响的科学观测方案的部分，然后确保观测站的功率最大化。

　　韦伯望远镜的科学操作是由 ASCII（而非二进制指令块）板载脚原本驱动，该脚本的编写凭借的则是 Java 的一套定制化版别。脚本解说器选用的是 C++ 编写的飞翔软件，担任操作航天器与科学仪器。

　　其间，板载脚本能够主动构建并向飞翔软件宣告实时指令和遥测恳求，从而辅导各 Observatory（地理台）子体系（包含科学仪器、姿势操控等）的运作。飞翔软件随后会履行板载脚本发来的指令，并回来遥测数据。板载脚本对遥测数据进行实时评价，再调用脚本将状况信息发送至更高等级的板载脚本，进一步依据观测方案中的越过逻辑对特定事情做出呼应。

　　简而言之，飞翔软件用于操作飞船和科学仪器，并内置专有的 Java 解说器，而 Java 脚本则用于履行一切详细的操作和遥测恳求。

　　韦伯项目关于单点毛病项目也给予了许多重视。2018 年的一份检查陈述曾显现，NASA 估量整个韦伯望远镜至少还有 344 个在彻底打开前可能产生的毛病点。单点毛病（single point of failure，缩写 SPOF）是指体系中一点失效，就会让整个体系无法运作的部件。

　　换句线 个问题呈现，都可能让整个体系无法顺畅运作。一般能够透过冗余的方法添加多个相同机能的部件，只需这些部件没有一起失效，体系（或至少部分体系）仍可运作，这会让牢靠度进步，不过也添加本钱和一些规划难度。而韦伯也很难做到“彻底冗余”。

　　后来，依据该份检查陈述，NASA 对韦伯望远镜进行了体系性的排查与测验。NASA 戈达德韦伯布置体系担任人 Alphonso Steward 表明，韦伯使命的大部分内容中都存在“相当多的冗余”。其应急方案覆盖了从超级简略到十分杂乱的整个规划，有些方案乃至就像“从头发送未经过的指令”相同简略。

　　值得一提的是，开源也为地理学供给了有力的支撑。当时，开源软件现已成为地理学家手中的重要东西，而 Python 则成为其间最常见的首选编程言语。与很多技能范畴相同，Python 及其相关科学 Python 生态体系，在曩昔十年间风行整个地理科学国际，Astropy 等项目也在这股风潮中发挥了重要作用。

　　详细来说，地理学家们的作业严峻依靠 NumPy 和 matplotlib 等数学软件包。而现代地理学家作业流程中最中心的东西可能是 Astropy，该项目由 Astropy 中心包和一系列东西包组成。超越 400 人为 Astropy 做出了奉献，其间包含地理学家和其他科学家、软件工程师和基础设施专家。

　　在 GitHub 担任办理太空望远镜科学研究所数据档案的产品办理总监 Arfon Smith 曾在受访时表明，韦伯太空望远镜是个巨大的项目，其研制周期不行能在几年间完结。事实上，这台望远镜已然阅历 20 多年的开展堆积，而直到曩昔五年左右，开源效果才开端在项目之内生根发芽。

　　韦伯望远镜项目的特别之处在于，曩昔几年来，开源现已成为全球地理学家社区在协作构建韦伯科学项目时能用到的最快捷、最灵敏的方法。

　　从将原始图画转换为科学数据的中心数据管道，到经过模仿场景协助地理学家们探究望远镜的最佳运用方法，再到用于探究新发现的科学东西，开源现已成为这些立异技能效果中的肯定中心。

　　世界的预估年纪（自“世界大爆炸”以来）为 138 亿年。在如此绵长的岁月中，其他星球上是否也孕育出了生命？世界中还有很多隐秘有待揭开，而或许韦伯望远镜能协助咱们找到答案。

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