中國首顆天文望遠鏡衛星發射 可獲高能天體動態圖景

　　15日，我國首顆硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」在酒泉成功發射。這一衛星的發射有什麼意義？與國際上同類衛星相比有哪些優勢？將對我國的空間科學技術發展帶來哪些進步？

圖為硬X射線調製望遠鏡衛星運行示意圖。國防科工局供圖

　　接收分析X射線，勾畫天體輪廓，並窺探黑洞一角

　　國防科工局系統工程司副司長趙堅介紹，硬X射線調製望遠鏡衛星是我國首顆大型天文望遠鏡，能穿過星際物質的遮擋「看」到宇宙中的X射線，相當於我國在空間探測領域多了雙眼睛。同時，衛星有效載荷由我國科研人員自主研製完成，在工程研製過程中，攻克了多項關鍵技術難關，實現了多項X射線探測和電子學技術的國產化。

　　為什麼要觀測宇宙中的X射線？在浩瀚的宇宙中，脈衝星、伽馬射線暴、超新星遺蹟、黑洞等都會輻射出X射線。如果接收到射線並加以分析，就能勾畫出這些天體的輪廓。但由於X射線無法穿越地球大氣層，科學家只能在高空或者大氣層以外觀測。也就是說，X射線望遠鏡能讓人們窺見黑洞的神秘一角。

　　此次發射的衛星本體呈立方體構型，設計壽命4年，裝載高能、中能、低能X射線望遠鏡和空間環境監測器等4個探測有效載荷，可觀測1—250keV(千電子伏特)能量範圍的X射線，主要工作模式包括巡天觀測、定點觀測等模式。

　　趙堅說，硬X射線調製望遠鏡衛星具有三大特點。一是基於我國學者原創的探測方法，採用直接解調成像方法，解決了低成本探測器高精度成像問題，實現寬波段、高靈敏度、高解析度的空間X射線觀測。二是有效載荷種類全、規模大，探測模式多，4個有效探測載荷共計包含25個探測器單機，能段基本覆蓋整個X射線譜段，在世界現有X射線天文衛星中，具有先進的暗弱變巡天能力、獨特的多波段快速光變觀測能力。衛星可實現對伽馬射線暴的全天監測，將成為國際上在300keV—3MeV(兆電子伏特)能區面積最大的伽馬射線暴探測器。三是衛星平臺服務保障能力要求高，為實現寬波段、高靈敏度、高解析度的觀測能力，加之載荷種類全、複雜性高，對平臺提出更高的保障能力，如複雜的熱控保障、對地測控與數傳保障以及載荷長期工作下的能源保障能力等。

　　X射線天文衛星的研製始於美國。1970年，美國發射了第一顆X射線天文衛星，實現了X射線的巡天，開創了空間高能天文的新領域，打開了人類觀測宇宙的新窗口。我國硬X射線調製望遠鏡衛星工程則於2011年3月立項。硬X射線調製望遠鏡衛星工程總師馬世俊說，硬X射線調製望遠鏡衛星填補了我國空間X射線天文衛星研製的空白，實現了我國天文觀測由地面觀測到天地聯合觀測的跨越，鑄就了我國天文學發展史上的裡程碑，同時也推動了航天技術發展，大幅提升我國空間科學水平。

　　對銀河系進行高靈敏度的巡天監測，可首次獲得高能天體動態圖景

　　目前，國際上在軌運行的X射線天文衛星共有7顆，與它們相比，我國的硬X射線調製望遠鏡衛星「牛」在哪兒？

　　硬X射線調製望遠鏡衛星系統載荷分系統專家宋黎明介紹，從工程和技術指標上來講，硬X射線調製望遠鏡衛星在同類衛星中優勢非常明顯。首先，功能性能強，既能實現定點觀測，又能對大天區進行掃描成像，還能監測空間的高能爆發源。第二，探測波段寬，利用三種探測器，實現了1—250keV的全覆蓋。第三，探測面積大，尤其是高能X射線望遠鏡的探測面積超過了5000平方釐米，是國際上同能區面積最大的準直型望遠鏡。此外，衛星還具有工作模式多、平臺高可靠的優點，在各種極端條件下都能可靠地完成觀測、數據星上存貯和及時下傳等工作，保證任務可順利實施。

　　「硬X射線調製望遠鏡衛星將會對銀河系進行高靈敏度、高頻次的寬波段X射線巡天監測，大天區、大有效面積的寬波段X射線掃描巡天觀測能力，可以更有效地發現處於暴發態的X射線暫現源，在國際上首次系統性地獲得銀河系內高能天體活動的動態圖景，發現大量新的天體和天體活動新現象。」宋黎明說。

　　此外，硬X射線調製望遠鏡衛星具有獨特的研究X射線雙星多波段X射線快速光變的能力，預期可以在黑洞和中子星雙星的研究中獲得許多新成果。同時，具有國際上硬X射線和伽馬射線能段最大面積的探測器，硬X射線天文望遠鏡衛星成為這一能段天空中最靈敏的探測器。

　　「值得一提的是衛星在200keV—3MeV的全天監測能力。我們在衛星進入正樣階段後發現，在高能X射線望遠鏡正常的工作模式之外，通過對其光電倍增管的高壓進行調整，可以用於對伽馬射線暴的全天監測，因此增加了這一伽馬射線暴監測模式。在200keV—3MeV能區，HXMT監測伽馬射線暴的有效觀測面積相比以往的設備可提高10倍左右。由於引力波暴也可能產生伽馬射線暴，HXMT在搜尋引力波電磁對應體方面也具有重要意義和明顯的國際競爭力。」宋黎明說。

　　面向全國徵集觀測提案，並將協同其他天文衛星聯合觀測

　　宋黎明介紹，作為我國首顆真正意義上的空間X射線望遠鏡和一個小型空間天文臺，硬X射線調製望遠鏡衛星向中國的天文學家全面開放，面向全國徵集科學觀測提案，並引導我國和國外地面天文設備對高能活動天體開展多波段聯合觀測，實現天地一體聯合觀測。同時，也將協同國際上其他在軌運行的天文衛星，開展對重要天體的聯合觀測。

　　硬X射線調製望遠鏡衛星發射入軌之後的第五天將對科學儀器加電，開始為期5天的整體功能測試，然後進行為期140天的儀器性能測試、在軌標定觀測和試觀測，計劃於今年11月進入常規科學觀測。

　　趙堅介紹，目前，中國國家航天局正在會同有關單位編制《關於促進空間科學發展的指導意見》，後期將持續推進重大空間科學任務，深化論證並啟動新的空間科學項目；強化空間科學關鍵技術預先研究；拓展空間科學領域國際合作。

　　為進一步推進我國空間科學的發展，「十三五」期間，我國將有4次重要的空間科學衛星和探測器實施發射。預計今年8月發射的中意電磁監測試驗衛星，是用於監測獲取空間電離層和磁場異常變化信息的試驗衛星，研究地震前兆引發電離層和磁場變化的關聯，從而反演地震預測模型。2018年完成研製並發射的中法海洋衛星，將獲取海面風場、海浪等海洋動力環境參數，主要應用於海洋波浪預報、防災減災等領域。2021年左右完成研製並發射的中法天文衛星，將通過發現和快速定位各種伽馬暴，星地聯合完成伽馬暴的電磁輻射性質的全面測量，為暗能量和宇宙演化研究提供基礎觀測數據。將在2020年發射探測和著陸巡視的火星探測器，一次實現「繞、落、巡」，為後續開展火星科學研究奠定基礎。本報記者 馮 華