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我们的征途是星辰大海!中国首个太空望远镜投入使用

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文|123军情观察室

近日,中国首颗X射线天文卫星投入使用,该卫星是硬X射线调制望远镜空间卫星,绰号“慧眼”,慧眼HXMT望远镜全称硬X射线调制望远镜卫星(HXMT),是继中欧合作地球空间探测双星、“悟空”号暗物质粒子探测卫星和“墨子”号量子科学实验卫星之后,中国又一颗重要的空间科学卫星。该空间望远镜设计寿命4年,呈立方体构型,总质量约为2500kg,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能量范围的X射线和200keV~3MeV能量范围的伽玛射线。卫星采用直接解调成像方法,通过扫描观测可以完成宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线成像,具有复杂的热控保障、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。其应用我国科学家首创的直接解调成像方法,实现宽波段、高灵敏度、高空间分辨率X射线巡天、定点和小天区观测,在世界现有X射线天文卫星中,具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力等优势。

2017年6月15日11时00分,中国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭,成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。在轨测试期间,“慧眼”卫星开展了多个天区的扫描成像观测和对特定天体的定点观测,开展了伽马射线暴监测等应用测试,验证了卫星的各项功能和性能,取得了银道面扫描监测、黑洞及中子星双星观测、伽马射线暴、引力波电磁对应体探测、太阳耀发、特殊空间环境事件等初步科学成果。

所谓KeV和MeV的K代表kilos,e代表电子,V代表电压单位伏特,M代表兆即百万。

2017年8月,慧眼HXMT望远镜在GW170817引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献。2017年10月16日,双中子星并合产生引力波(GW170817)联合观测成果全球发布,在该历史性事件的全球联测中,“慧眼”卫星对其高能电磁辐射对应体进行了监测,确定了伽马射线的流量上限。

空间望远镜的实质是把天文望远镜安装到卫星或者航天器上,通过在近地或者更高更远轨道假设天文望远镜,以避开在地面安装天文望远镜带来的昼夜和云层及大气及纬度的干扰。最著名的空间望远镜譬如美国的哈勃空间望远镜,该望远镜是以著名天文学家、美国芝加哥大学天文学博士爱德温·哈勃为名,在地球轨道上并且围绕地球的太空空间望远镜,它于1990年4月24日在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射。哈勃空间望远镜的位置在地球的大气层之上,因此影像不会受到大气湍流的扰动,视相度绝佳又没有大气散射造成的背景光,还能观测会被臭氧层吸收的紫外线,是天文史上最重要的仪器之一。类型属于光学望远镜。它成功弥补了地面观测的不足,帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题,使得人类对天文物理有更多的认识。此外,哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像。

此外,斯皮策空间望远镜也美国所拥有的空间望远镜资产之一,该空间望远镜是美国研制的红外空间天文观测台,是美国国家航空航天局(NASA)发射的四架太空望远镜之一,也是美国国家航空航天局大型空间天文台计划的最后一台空间望远镜。SST于2003年8月25日在卡纳维尔角由德尔塔-2(Delta-2)火箭发射升空,是继红外天文卫星(IRAS)之后NASA发射的第二台红外空间望远镜。SST的主要任务是探索行星、行星盘、恒星、星系和宇宙的起源。SST原名为“空间红外望远镜设施”(SIRTF),2003年12月以空间望远镜概念的提出者、美国天文学家莱曼·斯皮策的名字命名。

SST采用低温望远镜组装的方法,把望远镜、终端设备、装有液氦的低温恒温器放置在一个保护层里,使得望远镜和终端设备(包括照相机和摄谱仪) 都维持在极低温,其中望远镜的温度为-268℃,终端设备的温度为-272℃,这种极低温使得电子探测器在红外波段就可以达到它们的最大灵敏度。

就中国来说,除了慧眼硬X射线天文空间望远镜外,还有计划中的中国空间太阳望远镜,该空间望远镜卫星是一颗天文卫星,总重2吨,太阳同步圆形极轨,轨高709公里,三轴稳定,平均功率1200W,数据下传率60Mb/s,大小为5米长;2米宽;2米高,本项目目前处于解决关键技术和系统集成演示阶段。在2001年前解决8个方面有关的30多项关键技术,并将组成系统和演示,在此基础上,全面进行环境实验。争取2年左右完成正样研制,期望于2018-2019年发射,运行寿命3年。该卫星的空间太阳望远镜主要由主光学望远镜、软X射线望远镜组和光学日冕仪及宽带频谱仪、Ha和白光全日面望远镜、太阳和行星际频谱仪组成,该卫星号称中国的哈勃望远镜,其发射和投入使用将使中国跻身世界天文研究强国行列。届时,中国“哈勃”将被安装在卫星上,由长征四号乙型火箭将其发射至太空,在距地750公里的太阳同步圆形极轨上以始终指向太阳的姿态运行。在3年寿命期内,实行24小时连续工作。应该说空间太阳望远镜的研制和应用也将对之后中国航天的夸父计划有先导和验证作用。

就中国的空间望远镜来说,未来中国也将在自己的天宫空间站上架设巡天空间望远镜舱段,基于空间站的更长寿命,其也将对中国的空间望远镜发展做出更加突出的贡献!综合来说,继慧眼天文空间望远镜后,中国的空间望远镜发展将百尺竿头更进一步,为中国人在世界航天空间望远镜领域占有一席之地!End!(利刃/时雨)

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