太空多了双“慧眼”

2017-06-16 10:16 来源:人民日报 作者:冯 华

  15日,我国首颗硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”在酒泉成功发射。这一卫星的发射有什么意义?与国际上同类卫星相比有哪些优势?将对我国的空间科学技术发展带来哪些进步?

  接收分析X射线,勾画天体轮廓,并窥探黑洞一角

  国防科工局系统工程司副司长赵坚介绍,硬X射线调制望远镜卫星是我国首颗大型天文望远镜,能穿过星际物质的遮挡“看”到宇宙中的X射线,相当于我国在空间探测领域多了双眼睛。同时,卫星有效载荷由我国科研人员自主研制完成,在工程研制过程中,攻克了多项关键技术难关,实现了多项X射线探测和电子学技术的国产化。

  为什么要观测宇宙中的X射线?在浩瀚的宇宙中,脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会辐射出X射线。如果接收到射线并加以分析,就能勾画出这些天体的轮廓。但由于X射线无法穿越地球大气层,科学家只能在高空或者大气层以外观测。也就是说,X射线望远镜能让人们窥见黑洞的神秘一角。

  此次发射的卫星本体呈立方体构型,设计寿命4年,装载高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器等4个探测有效载荷,可观测1—250keV(千电子伏特)能量范围的X射线,主要工作模式包括巡天观测、定点观测等模式。

  赵坚说,硬X射线调制望远镜卫星具有三大特点。一是基于我国学者原创的探测方法,采用直接解调成像方法,解决了低成本探测器高精度成像问题,实现宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线观测。二是有效载荷种类全、规模大,探测模式多,4个有效探测载荷共计包含25个探测器单机,能段基本覆盖整个X射线谱段,在世界现有X射线天文卫星中,具有先进的暗弱变巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力。卫星可实现对伽马射线暴的全天监测,将成为国际上在300keV—3MeV(兆电子伏特)能区面积最大的伽马射线暴探测器。三是卫星平台服务保障能力要求高,为实现宽波段、高灵敏度、高分辨率的观测能力,加之载荷种类全、复杂性高,对平台提出更高的保障能力,如复杂的热控保障、对地测控与数传保障以及载荷长期工作下的能源保障能力等。

  X射线天文卫星的研制始于美国。1970年,美国发射了第一颗X射线天文卫星,实现了X射线的巡天,开创了空间高能天文的新领域,打开了人类观测宇宙的新窗口。我国硬X射线调制望远镜卫星工程则于2011年3月立项。硬X射线调制望远镜卫星工程总师马世俊说,硬X射线调制望远镜卫星填补了我国空间X射线天文卫星研制的空白,实现了我国天文观测由地面观测到天地联合观测的跨越,铸就了我国天文学发展史上的里程碑,同时也推动了航天技术发展,大幅提升我国空间科学水平。

  对银河系进行高灵敏度的巡天监测,可首次获得高能天体动态图景

  目前,国际上在轨运行的X射线天文卫星共有7颗,与它们相比,我国的硬X射线调制望远镜卫星“牛”在哪儿?

  硬X射线调制望远镜卫星系统载荷分系统专家宋黎明介绍,从工程和技术指标上来讲,硬X射线调制望远镜卫星在同类卫星中优势非常明显。首先,功能性能强,既能实现定点观测,又能对大天区进行扫描成像,还能监测空间的高能爆发源。第二,探测波段宽,利用三种探测器,实现了1—250keV的全覆盖。第三,探测面积大,尤其是高能X射线望远镜的探测面积超过了5000平方厘米,是国际上同能区面积最大的准直型望远镜。此外,卫星还具有工作模式多、平台高可靠的优点,在各种极端条件下都能可靠地完成观测、数据星上存贮和及时下传等工作,保证任务可顺利实施。

  “硬X射线调制望远镜卫星将会对银河系进行高灵敏度、高频次的宽波段X射线巡天监测,大天区、大有效面积的宽波段X射线扫描巡天观测能力,可以更有效地发现处于暴发态的X射线暂现源,在国际上首次系统性地获得银河系内高能天体活动的动态图景,发现大量新的天体和天体活动新现象。”宋黎明说。

  此外,硬X射线调制望远镜卫星具有独特的研究X射线双星多波段X射线快速光变的能力,预期可以在黑洞和中子星双星的研究中获得许多新成果。同时,具有国际上硬X射线和伽马射线能段最大面积的探测器,硬X射线天文望远镜卫星成为这一能段天空中最灵敏的探测器。

  “值得一提的是卫星在200keV—3MeV的全天监测能力。我们在卫星进入正样阶段后发现,在高能X射线望远镜正常的工作模式之外,通过对其光电倍增管的高压进行调整,可以用于对伽马射线暴的全天监测,因此增加了这一伽马射线暴监测模式。在200keV—3MeV能区,HXMT监测伽马射线暴的有效观测面积相比以往的设备可提高10倍左右。由于引力波暴也可能产生伽马射线暴,HXMT在搜寻引力波电磁对应体方面也具有重要意义和明显的国际竞争力。”宋黎明说。

  面向全国征集观测提案,并将协同其他天文卫星联合观测

  宋黎明介绍,作为我国首颗真正意义上的空间X射线望远镜和一个小型空间天文台,硬X射线调制望远镜卫星向中国的天文学家全面开放,面向全国征集科学观测提案,并引导我国和国外地面天文设备对高能活动天体开展多波段联合观测,实现天地一体联合观测。同时,也将协同国际上其他在轨运行的天文卫星,开展对重要天体的联合观测。

  硬X射线调制望远镜卫星发射入轨之后的第五天将对科学仪器加电,开始为期5天的整体功能测试,然后进行为期140天的仪器性能测试、在轨标定观测和试观测,计划于今年11月进入常规科学观测。

  赵坚介绍,目前,中国国家航天局正在会同有关单位编制《关于促进空间科学发展的指导意见》,后期将持续推进重大空间科学任务,深化论证并启动新的空间科学项目;强化空间科学关键技术预先研究;拓展空间科学领域国际合作。

  为进一步推进我国空间科学的发展,“十三五”期间,我国将有4次重要的空间科学卫星和探测器实施发射。预计今年8月发射的中意电磁监测试验卫星,是用于监测获取空间电离层和磁场异常变化信息的试验卫星,研究地震前兆引发电离层和磁场变化的关联,从而反演地震预测模型。2018年完成研制并发射的中法海洋卫星,将获取海面风场、海浪等海洋动力环境参数,主要应用于海洋波浪预报、防灾减灾等领域。2021年左右完成研制并发射的中法天文卫星,将通过发现和快速定位各种伽马暴,星地联合完成伽马暴的电磁辐射性质的全面测量,为暗能量和宇宙演化研究提供基础观测数据。将在2020年发射探测和着陆巡视的火星探测器,一次实现“绕、落、巡”,为后续开展火星科学研究奠定基础。

查看余下全文
(责任编辑:程可心)
更多学术内容,请关注 www.cssn.cn
';?> ';?>