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解读中国硬X射线调制千里镜卫星:不雅测才能有多强?

2017-06-24 来源: MMK1115
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  茫茫天宇间,在轨运转的航天器“中国方阵”中,除了天舟一号货运飞船、天宫二号空间试验室等之外,另有一颗克日发射升空的新卫星——硬X射线调制千里镜卫星(HXMT)。与其余航天器比拟,这颗重约2.5吨,在距空中550公里的轨道上运转的卫星看起来其貌不扬,却惹起了国际媒体的高度存眷。英国《金融时报》称,这颗卫星的发射是中国在开展可与美俄对抗的太空计划的征程中迈出的重要一步。

  硬X射线调制千里镜卫星构造示用意

  硬X射线调制千里镜卫星的任务是什么?它设备了哪些高精尖的迷信载荷?与同类卫星比拟它有哪些凸起的特色?它将为人类意识太空作出怎么的奉献?人们亟待懂得这些成绩的谜底。

  绘高精度硬X射线天图

  硬X射线调制千里镜卫星固然被冠以中国“慧眼”的雅称,然而对很多人来说,它好像不怎么接地气,让人们在觉得“高年夜上”的同时,也有多少分拒人千里之外的“冰凉感”。这也难怪,古代地理学科技自身就间隔人们的生涯颇为悠远,再加上该词又是由英语直译而来,想让人亲热真的不轻易。而要去除“冰凉感”,就要先熟习两个观点:“硬X射线”跟“调制”。

  “硬X射线”是X射线的一种。对X射线,咱们是熟习的,在病院拍摄透视片,在各种安检中,都打仗过它。依据波长,它被分为两类:波长较短(能量较高)的称为硬X射线,波长较长的称为软X射线。可见,这里的“软”“硬”仅是用于分类表述罢了。一些天体或天体景象如脉冲星、伽马射线暴、超新星古迹、黑洞等都市射出X射线,此中主如果硬X射线,而这类射线与软X射线比拟,能穿梭宇宙灰尘等,不被遮挡。另一方面,X射线穿梭地球年夜气层时会严峻衰减。以是,发射千里镜卫星在空间轨道捕获X射线,特殊是硬X射线,就成为各国迷信家竞相追赶的目的。

  “调制”是指中国迷信家立异的把“调制后的旗帜暗记复原成图像”的技巧。千里镜在太空经由过程硬X射线停止天体不雅测,必需实现“成像”,而这是中心技巧难点。上世纪90年月初,中科院高能物理研讨所李惕碚院士跟他的共事吴枚研讨员经由艰难尽力,探索出“直接解调”办法,实现高敏锐度跟高分辩率的成像,比国际上采取的编码孔径成像技巧更成熟、更廉价。之后,李惕碚院士把成像技巧与扫描探测技巧联合在一同,很快便提出了硬X射线调制千里镜的观点——经由过程对硬X射线源的成像不雅测,绘制高精度的硬X射线天图。

  数代迷信家经24年磨砺

  对很多不懂得配景的人来说,“慧眼”俨然一夜之间横空降生,而且一步把中国带入到X射线地理学时期。而针对李惕碚而言,这是一个漫长而焦灼的进程。1993年,他提出了基于直接解调办法的硬X射线调制千里镜的假想,之后,他踊跃奔忙,经由过程种种方法,争夺支撑。固然一次次碰到波折,然而李惕碚跟他的团队并不悲观,依据该范畴国际上的最新停顿,一直完美相干计划。2011年,硬X射线太空千里镜终于正式破项,与暗物资卫星等一同被列入“十二五”空间策略先导专项。

  李惕碚跟吴枚两位老一代迷信家固然曾经胜利处理了“成像”困难,奠基了相干技巧基本,然而在千里镜研制跟名目实行进程中仍旧面临一系列技巧阻碍。“慧眼”卫星工程总师、航天科技团体五院研讨员马世俊先容说,好比卫星热控计划方面,为保障无效载荷探测精度,必需将高能、中能、低能探测器会合装置在统一支撑构造上,但它们相互间温度请求相差极年夜。有些敏锐的仪器设备必需在零下60℃到零下80℃的高温下才能畸形任务。研发团队成员相互启示、会合攻关,终于揣摩出多级隔热办法、深冷热管技巧、梯度温度加热等妙招,胜利处理这一困难。

  国际技巧封闭是该名目必需面临的另一个困难。在中心载荷高能千里镜研制进程中,须要入口某一个型号探测器,名目团队曾经与外方签署了入口条约,但之后被外方地点国有关部分叫停。面临困局,名目团队横下一条心,在压力下抖擞,走自立研发途径。既然是探索,总免不了走些弯路,然而他们不泄气。铁杵成针地尽力终于掉掉了应有的报答,经由29轮试制,实现30多个样品,终于“杀”出一条路来。

  携带众“宝贝”巡天不眠不休

  从“慧眼”的现实载荷跟探测才能来看,它被称作“硬X射线调制千里镜”多少多有些名不虚传了,因为它经由过程携带的多少件“宝贝”,不只能够对高能的硬X射线跟中能、低能的软X射线停止不雅测与成像,而且还能够监测空间情况。特殊值得一提的是,“慧眼”名目首席迷信家张双南发明性地对本来用于屏障烦扰粒子的探测器稍加改革,使其成为现在天下下面积最年夜、敏锐度最高的伽马暴探测器,年夜年夜拓展了其探测规模跟才能。

  据“慧眼”名目总批示潘腾先容,卫星进入太空后,千里镜就会进入一刻不绝、连续不连续的巡天形式,也就是说,在预期4年的寿掷中,它天天都要24小时候秒必争地任务,紧“盯”着宇宙空间。

  详细来说,“慧眼”将开展4个方面的空间探测运动:一是对银道面(天球上沿星河画出的一年夜圆为银道,银道地点的主破体即为银道面)停止巡天不雅测,发明新的高能变源跟已知高能天体的新运动;二是经由过程不雅测跟剖析黑洞、中子星等高能天体的光变跟能谱性子,加深对致密天体跟黑洞强引力场中能源学跟高能辐射进程的意识;三是在硬X射线/软伽马射线能区掉掉伽马射线暴及其余暴发景象的能谱跟时变不雅测数据,研讨宇宙深处年夜品质恒星逝世亡以及中子星并合等招致的黑洞的造成进程;四是探索应用X射线脉冲星停止航天器自立导航的技巧跟道理,并开展在轨试验。“慧眼”差别于镜面千里镜受制于其面积跟视场,在巡天进程中,其探测面积更年夜、探测到的旗帜暗记更多、效力更高。

  6月16日,也就是在发射约24小时,“慧眼”就胜利把第一批超越2GB的数据传递返来。教训证,数据品质精良。

  与西欧兴旺国度比拟,中国在空间迷信方面无疑还处于起步阶段,但仍旧有迎头追赶的机遇,“慧眼”就无望在X射线地理学范畴为中国抢占一席之地。正如一位美国偕行盛赞的那样,中国硬X射线调制千里镜卫星,将是以后这段时期研讨黑洞能源学进程无独占偶的“利器”,是X射线地理学开展史上的一座里程碑。

  链接一

  X射线地理学

  X射线地理学是以天体的X射线辐射为重要研讨手腕的地理学分支。天体的X射线遭到地球年夜气的严峻阻碍,重要应用卫星停止探测。晚期的X射线探测任务会合于对太阳的研讨。自从1962年6月18日美国麻省理工学院研讨小组第一次发明来自天蝎座偏向的强年夜 X射线源当前,非太阳 X射线地理学进入一个新的开展阶段。上世纪70年月以来,发射了专门研讨 X射线的地理卫星,不雅测到很多先前不晓得的宇宙 X射线源,使X射线源的数量猛增。

  链接二

  X射线千里镜

  X射线千里镜是为了探测地球年夜气层以外的源所发射的X射线,并把X射线分辩为一个图象而计划的一种仪器。因为年夜气接收,以是X射线千里镜必需用气球、火箭或空间运载东西带到地面。因为天体X射线源都是远而弱的,这些探测器平日都要丰年夜的集光面积跟高的效力,以便在宇宙射线惹起的配景上探测到X射线。

  人类第一个X射线地理卫星叫“乌呼鲁”,是在美国迷信家贾科尼引导下于1970年在肯尼亚发射升空的,在约3年运转时光里,肯定了350个X射线源,包含X射线双星、超新星古迹、星系团、塞弗特星系等。贾科尼因在X射线地理学方面的前驱性奉献而掉掉2002年的诺贝尔物理学奖。在“乌呼鲁”之后,一系列搭载X射线的千里镜卫星发射升空,此中包含欧洲的XMM-牛顿卫星、美国的罗西X射线时变探测器、钱德拉X射线地理台、日本的朱雀卫星等。

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