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我国“慧眼”卫星因引力波一夜成名,光电技术功不可没
星之球科技来源:光电汇OESHOW2017-10-17我要评论(0)
昨天的朋友圈,再次被引力波刷屏。LIGO和Virgo首次发现双中子星并合引力波,并发现该引力波事件的电磁对应体。此次仅有4台X射线
昨天的朋友圈,再次被引力波刷屏。
LIGO和Virgo首次发现双中子星并合引力波,并发现该引力波事件的电磁对应体。
此次仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区,而我国刚上天试运行2个月的“慧眼”HXMT望远镜,就是其中之一,功不可没。
硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”是我国第一颗X射线天文望远镜卫星,开辟了通过宇宙探索新窗口寻求物理科学突破的新纪元。因为它赶在美国NASA“超越爱因斯坦计划”黑洞发现者之前上天,也成为国际上发现黑洞的一大利器。
正如美国“超越爱因斯坦计划”新一代黑洞发现者候选项目EXIST首席科学家所说:“中国硬X射线调制望远镜卫星,将是今后这段时期中研究黑洞动力学过程独一无二的,是X射线天文学发展史上的一座里程碑。”
在中国“慧眼”之前,国际上已有7颗同类型卫星,但这位“太空新秀”身怀的绝技,仍然让人对其寄予厚望。
直接解调方法反演成像技术:
睁开大眼后便不再闭上
细究“慧眼”即硬X射线调制望远镜卫星的名字,其中“调制”二字让很多人不解。硬X射线调制卫星系统载荷分系统专家、中科院高能所研究员宋黎明告诉记者,这是中国科学家提出的一种原创性设计理念,用简单成熟的硬件技术便可实现高分辨和高灵敏度硬X射线成像观测。
与欧美的编码孔径成像技术不同,“慧眼”采用的是直接解调方法反演成像技术。宋黎明说,与复杂、昂贵的编码孔径成像系统相比,直接解调方法具有简单准确的优势。由于更充分地利用了数据中有关测量对象和测量仪器的信息,同样的数据经“直接解调”方法可以得到比传统方法好得多的反演结果,分辨率高,同时噪音干扰被有效抑制,背景异常干净,可以极大提高探测定位的精度。
他说,这些让“慧眼”进入太空后就会睁开明亮的大眼,24小时分秒必争,全天时观测天文现象。
数据传输分系统:
一场“没有关机重启”的直播
针对“需要数据传输分系统4年不间断工作”的“慧眼”来说,关机重启就意味着数据中断,太空信使的任务目标就无法实现。
于是,科研人员给“慧眼”配了一名专属的“太空信使”——数据传输分系统,它的主要功能是将硬X射线望远镜搜集到的数据,实时传输到数据记录系统或通过无线方式传输到地面接收站。
我国硬X射线调制望远镜卫星将在轨服役4年,这就意味着数据传输分系统也将在轨不间断地工作4年。
太空中的强辐射对卫星的敏感器件来说可是“致命杀手”。还有“单粒子翻转”对卫星芯片等产品的影响要复杂和艰难得多。
所谓单粒子翻转,是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区,使器件逻辑状态翻转的现象。许兴说,卫星和地面计算机一样,数据均是采用二进制的“0”“1”来存储、传输和读取。单粒子不定期来袭时,数据传输分系统的某些器件一旦受到高能单粒子的撞击,就会使存储的“0”变成“1”,或者“1”变为“0”,导致数据严重错误,重者会导致传输中断,更别说正确解读、实时传输天文数据了。
航天科技集团五院设计师便将重要数据分别存储3次,如果数据被高能单粒子这个“细菌”篡改,系统会根据另外两个没有被改变的数据,进行自我修复。
多项热控技术:
把大象放进冰箱里需要几步
从值守的位置来看,“慧眼”要在距离地面550千米的高度上运行,属于低轨运行,也意味着这颗卫星要遭受来自太阳、地球和月亮三方面的影响。
“慧眼”承载了中、高、低能望远镜,这些灵敏的仪器设备需要在-60℃到-80℃的低温下才能进行可靠的工作,而且必须确保望远镜不见太阳,“直射斜射都不行,以免辐射增温,增加探测器的噪声”。
这项工作有多难,科研人员打了一个形象的比方:把大象放进冰箱里需要几步?
打开冰箱,塞进去,关上冰箱,这是一开始只有“高能”探测器的方案。但如今多了“中能”和“低能”的,就好比大象的不同部位,喜欢上了不同的温度,就需要将整只大象同时放进一个三开门的冰箱里。
想要让“大象心情愉悦”,航天科技集团五院专家告诉记者,科研人员不但运用了多级隔热措施保护控制漏热、国内技术数一数二的深冷热管技术、梯度温度加热实现防污染控制等听上去酷炫的“黑科技”,还很温馨地给卫星戴上了一顶“太阳帽”——遮阳板。
“有了这个遮阳板,阳光永远只能从遮阳板这一面过来”。可以想象,当卫星运行到太阳和地球之间时,它的视场会受到较大限制。此外,这位专家还告诉记者,科研团队还采取主动和被动控温相结合的方法,采取多极隔热、深冷热管技术以及优化观测状态等手段,多管齐下,尽可能满足卫星中“乘客”即有效载荷的苛刻需求。
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