澳门美高梅娱乐我国首颗x射线卫星慧眼投用 向航天科技专家们致敬!

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2018-12-30 07:23:54 作者佚名

我国首颗x射线卫星慧眼投用 向航天科技专家们致敬!

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我国发射硬X射线“慧眼”卫星,到底什么叫硬X射线呢?
我目前担任这颗卫星的首席科学家,简要地回答一下这个问题,并顺便介绍一下这颗我国首个真正意义上的空间天文卫星的情况以及后续的任务。 硬X射线的“硬”是相对于“软”的。我们知道电磁波既可以用电磁波辐射的频率、也可以用电磁波的波长、也可以用光子的能量来描述。对于频率较高、波长较短的电磁波,我们通常用光子的能量描述比较方便,比如X射线和伽马射线,原因就是X射线和伽马射线与物质的作用主要的表现为粒子的行为,当然根据波粒二象性的原理它们在某些情况下也会表现为波的行为。X射线大体覆盖电磁波波长(能量)的0.01纳米(100千电子伏)到10纳米(0.1千电子伏),其中波长(能量)在0.01纳米(100千电子伏)到0.1纳米(10千电子伏)之间的X射线被称为“硬”X射线,波长(能量)在0.1纳米(10千电子伏)到10纳米(0.1千电子伏)之间的X射线被称为“软”X射线。“硬”X射线卫星的模型:只有18个能够探测“硬”X射线的仪器。 这颗卫星被称为“硬”X射线卫星的原因是,在上世纪90年代这个项目提出的时候,卫星上只有能够探测“硬”X射线的仪器(X射线能量范围20-250千电子伏),但是等到项目终于在2011年立项的时候,如果只有“硬”X射线仪器,其科学能力就不够强大了,于是项目团队就加上了能够探测“软”X射线的仪器(1-15千电子伏)。同时,为了弥补这两组X射线探测器之间的缝隙,又增加了覆盖中间能区探测器(5-30千电子伏)。这样,这三组仪器就形成了1-250千电子伏的宽能段的无缝覆盖,但是这颗卫星的名字没有改变,仍然叫“硬X射线调制望远镜”卫星。覆盖X射线能量1-250千电子伏甚至到3兆电子伏的伽马射线的“硬”X射线调制望远镜卫星 在所有的X射线探测仪器和卫星的研制基本上结束之后,我们又发现,仅仅通过调整“光电倍增管”的高压,就能够把原来的硬X射线仪器的探测范围扩展到了3兆电子伏,这已经到了伽马射线的能区了,其宽波段的探测能力就在国际上领先了。这颗卫星已经于2017年6月15号在我国酒泉卫星发射中心成功发射。 下面是经过我审定的硬X射线调制望远镜卫星的宣传通稿(媒体报道中所有和下面的内容不一致的都是不正确的): (一)HXMT卫星总体情况及科学意义 HXMT卫星平台以中国航天科技集团五院的遥感卫星平台为基础,解决了深低温热控、多模式姿态控制等技术,可以满足望远镜定点观测、小天区扫描和巡天观测等复杂工作模式以及探测器多种工作温度的需要。卫星主有效载荷载荷包括高能X射线望远镜(HE;20-250 keV)、中能X射线望远镜(ME;5-30 keV)、低能X射线望远镜(LE;1-15 keV)和空间环境监测器(SEM),共有单机设备111台,信号1881路,功耗约350W,重量 981公斤。在正常工作模式下,HXMT可以实现1-250 keV能区的大天区巡天和定点观测;在伽马射线暴工作模式下,HXMT可以监测超过一半左右的天空在0.2-3 MeV软伽马射线能区的暴发现象。HXMT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,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;HXMT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大面积新成果;HXMT在硬X射线和软伽马射线能段监测伽马射线暴,其接收面积十倍于目前国际上最好的设备,从而大幅提高在该能区探测伽马射线暴、搜索引力波暴的电磁波对应体的灵敏度。 (二)HXMT卫星有效载荷技术及自主研发 HXMT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。 HXMT/HE由18个NaI/CsI复合晶体探测器组成,总探测面积5100 cm2,其中NaI/CsI晶体的封装由高能所与工业界合作自主完成,在满足空间使用环境要求的前提下,其主要技术指标能量分辨率达到了国际最好水平。在HE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,还创新性地将本来用于记录本底事例的CsI晶体变成伽马射线暴监视器,从而使HE成为在200 keV-3 MeV能区国际上有效面积最大的伽马射线暴探测器。 ME采用Si-PIN探测器,共1728个单元,总探测面积952 cm2,其中Si-PIN由高能所自行研制,性能指标与国外产品相当。 LE采用扫式电荷器件(SCD)作为探测器,共96个单元,总探测面积384 cm2。在LE的研制中,成果解决了低噪声读出的问题,系统能量分辨率达到国际最好水平;此外,高能所还研制成功了厚度几百纳米的透软X射线遮光膜,打破了国外的技术封锁。 (三)HXMT卫星科学应用 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,HXMT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,HXMT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。 2016年6月,HXMT卫星发布了首轮核心科学观测提案征集公告,8月底完成了提案征集,10月完成了提案的技术评估、科学评估和观测提案的遴选工作。首次共征集到90份核心观测提案,来自中科院6个研究所和10所高校,总观测需求近7年。在科学评估和遴选的基础之上,已经编制完成了HXMT卫星的第一年观测计划。 HXMT卫星发射入轨之后的第5天将对HXMT的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2017年11月进入常规科学观测。预期将于2018年中征集HXMT第二轮科学观测提案。 根据国际惯例,HXMT在轨观测提案的提出者和为HXMT项目作出贡献的国内外专家共同组成了HXMT科学观测研究团队,是HXMT观测数据的优先用户,享有其观测提案产生的数据在一定时间(一般为一年)内的使用权;之后,所有数据将向国内外科学家开放,以方便大家使用HXMT卫星的观测数据开展研究工作,实现HXMT卫星科学产出的最大化。 (四)HXMT卫星的后续任务 和国际发达国家相比,我国的空间科学仍然处于起步阶段。具有鲜明特色的HXMT卫星的发射运行将使我国在空间X射线观测领域占有一席之地。本着“有所为有所不为”和“加强优势领域实现重点突破”的原则,中科院高能所2007年即提出X射线时变与偏振探测卫星(简称XTP)项目,作为HXMT的后续任务,将实现从具有特色的小型空间天文台到国际领先的大型空间天文台的战略突破。 2009-2011年,XTP获得中国科学院创新方向性项目“空间科学预先研究项目”的支持,进行科学目标的初步分析和载荷关键技术攻关,确定了基本的载荷配置方案。2012-2015年,XTP背景型号研制获得中国科学院先导专项支持,在预先研究的基础上,结合载荷关键技术攻关、科学目标研究和物理模拟分析、卫星总体方案研究的情况,确定最终的有效载荷和卫星方案,完成卫星可行性论证。为XTP在“十三五”进入卫星工程研制奠定基础。 在背景型号研究过程中,XTP团队主动寻求与国际科学家和仪器团队的合作。经过3年多的沟通和讨论,由于欧洲原大型X射线时变天文台(Large Observatory For X-ray Timing,简称LOFT)卫星的科学目标和XTP基本一致,但是技术路线完全互补,因此其团队集体加入了XTP项目,并计划贡献大面积X射线准直望远镜和广角监视器,形成了增强型XTP项目概念,即eXTP。eXTP卫星示意图 由于综合了大面积X射线聚焦望远镜阵列、大面积准直型望远镜阵列、高灵敏度X射线偏振望远镜的综合能力,在黑洞、中子星以及若干基础物理学理论的研究等方面,eXTP相比于之前的卫星,综合性能将有一个数量级的提高。eXTP的核心科学目标可概括为“一奇、二星、三极端”,具体内容是: 1. 通过精确测量黑洞自转以及对极端引力条件下的时空进行研究,检验极端引力条件下的广义相对论;2. 通过精确测量脉冲星的质量和半径,鉴别中子星和夸克星,检验极端密度条件下的量子色动力学;3. 通过精确测量量子电动力学预言的极强磁场中的真空双折射效应,检验极端磁场条件下的量子电动力学。 除此以外,eXTP作为X射线波段国际领先的大型空间天文台,也在观测研究各类高能天体、探测伽马射线暴和引力波暴电磁波对应体等多个天文学前沿方向具有明显的优势,将使我国空间X射线天文学的研究进入国际领先的行列。目前,eXTP已经列入民用航天“十三五”发展规划和中科院空间科学先导专项(二期),预期将于2025年前发射运行。 目前以欧洲多国为主的接近20个国家的科学家有意向参加eXTP项目的合作,并且得到了多个发达国家的航天局和资助部门的积极支持。eXTP有可能成为有史以来中国发起并领导的、由最多发达国家实质性参加的大型国际合作科学研究项目。

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