理解 HWO 的视场范围与动态观测调度算法中的表征需求权衡空间

可居住世界观测器 (Habitable Worlds Observatory, HWO) 旨在对至少 25 个系外地球候选者 (ExoEarth Candidates, EEC) 进行成像和表征。实现这一目标需要详细理解观测器的设计权衡空间，包括 EEC 调查的运行效率。本研究量化了两个关键参数的影响：瞬时视场范围 (field of regard, FoR) 和每个 EEC 所需的表征观测次数 $N_\text{char}$。我们在 EXOSIMS 框架中实现了一个新颖的动态调度算法，该算法在任务期间建模信息增益。调度器对每个行星的已知轨道信息进行建模，并预测检测概率以做出调度决策。我们探索了一个多维权衡空间，变更口径大小（6.5 米和 8.0 米）、专用 EEC 调查时间（2.5 年、5.0 年、7.5 年）、$N_\text{char}$（1 到 4）以及 FoR（$15^\circ$ 到 $135^\circ$）。我们的结果表明，视场范围是任务产出的主要驱动因素，当 FoR 小于 $90^\circ$ 时，产出会显著下降。我们发现，增加 $N_\text{char}$ 对任务产出构成重大成本，因为每增加一次表征所需的次数会将产出降低约 22%。要求进行四次表征而非一次，综合影响将使产出降低约 52%。这种严厉的惩罚可以通过延长调查时间来部分缓解。增加 $N_\text{char}$ 从 1 增加到 2 时，2.5 年调查的相对产出损失为 38%，而 7.5 年调查的相对产出损失为 14%。我们的结果凸显了 HWO 工程约束与科学需求之间复杂相互作用，强调 EEC 调查效率是 HWO 设计空间中的关键组成部分。