電氣化高速鐵路接觸網(wǎng)線譜研究項目摘要

X射線譜儀X射線譜儀和太陽監(jiān)測器分別安裝在衛(wèi)星頂板和側(cè)板上。其中，X射線譜儀用于探測月球表面元素受太陽X射線或宇宙射線激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線，如Mg、Al或Si元素等。其飛行方向與衛(wèi)星軌道成45度角，正對月面。太陽監(jiān)測器正對太陽，監(jiān)測太陽活動，從而得到入射的太陽X射線能譜，結(jié)合X射線譜儀，獲得到相關元素的絕對豐度。在月表向陽面，當太陽X射線射到月表，發(fā)生光電效應，產(chǎn)生X射線熒光;這些熒光被X射線譜儀某個(些)探測器單元探測到，經(jīng)過后級電子學系統(tǒng)處理，將所探測信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號后，以1024道能譜的方式被記錄, 并經(jīng)1553B總線傳到地面。

太陽監(jiān)測器采集太陽X射線，將所探測信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號后，并以1024道能譜的方式被記錄,并經(jīng)1553B總線傳到地面，探測器單元的硅介質(zhì)與一定能量的X射線熒光產(chǎn)生光電效應，至少產(chǎn)生一個電子空穴對，由此產(chǎn)生的電信號反映月表不同元素或天然放射物質(zhì)發(fā)生的特征X射線能量不一樣，將被觀測信號以不同能譜方式記錄，根據(jù)這些能譜，依據(jù)定標曲線推算對應的元素。

X射線譜儀設計有21路探測器，是此次載荷中探測器路數(shù)最多的系統(tǒng)，為有效預防多路探測器之間相互干擾，在硬/軟件設計中還專門設計了"隔離"探測器單元功能及對太陽監(jiān)測器計數(shù)率的調(diào)閾指令，以提高探測器在軌長期工作的可靠性。

研制者介紹，通過分析、融合和歸納X射線譜儀探測器與太陽監(jiān)測器的觀測結(jié)果，可以繪制各元素的全月球分布圖，發(fā)現(xiàn)月球表面資源富集區(qū)，鑒別新的類型，為月球的開發(fā)利用提供資源分布的數(shù)據(jù)，以及檢驗月球形成與演化的模型，為月球演化的深入研究提供重要信息和有用數(shù)據(jù)。

據(jù)了解，X射線譜儀是我國繞月探測工程實現(xiàn)月球資源探測、研究月球組成預演化等的重要手段和有效方法之一。"在我國探月工程分三步走的進程中，通過一期嫦娥一號衛(wèi)星有效載荷繞月工程在軌觀測，我們將獲得月球表面元素的種類及其含量、分布。有了月表元素分布圖，就能為探月二期工程利用月球車登月后進行資源探測和進一步的科考研究提供依據(jù)，為研究月球的形成、演化模型和未來資源開發(fā)利用提供更進一步的驗證信息。"

20世紀70年代，美國Apollo-15、Apollo-16從環(huán)月軌道上各發(fā)射了一顆環(huán)月運行的科學衛(wèi)星，衛(wèi)星上就有熒光X射線探測器，首次在環(huán)月軌道上探測月表X射線熒光，進而研究月表的地質(zhì)化學組成。2003年，歐空局發(fā)射的SMART-1衛(wèi)星在0.5~10keV能區(qū)探測了鎂、鋁、硅的絕對分布;今年9月日本發(fā)射的月亮女神也對月球元素進行了探測。印度2008年將發(fā)射探月衛(wèi)星, 對月球低能X射線進行探測。

研制者表示:"總之，20世紀90年代后，國際上興起的新一輪探月熱，這不僅因為月球是地球的天然衛(wèi)星，更重要的還在于月球?qū)氋F的資源和月球位置的價值。因為通過元素探測，我們可以知道月球上分布著哪些資源，將來開發(fā)月球時可選擇在資源富集的地區(qū)，通過開采月球資源，滿足人類社會的需求。"因此，對月球元素探測是一項很重要的科學研究。

當談到X射線譜儀的應用時，研制者介紹，近期一些天文衛(wèi)星上都會應用X射線探測器。今后，星載探測器發(fā)展的趨勢是高性能、低功耗、小體積、輕重量。在探月二期工程中，我們將在一期的研制基礎上，使X射線探測器設計更簡化、更小巧、更可靠、更高性能，可把它安裝在月球車機械臂上，在月球上行走，實現(xiàn)近距離元素探測。

嫦娥一號衛(wèi)星探測工程在國防科工委月球探測工程中心、航科集團探月衛(wèi)星總體及中科院有效載荷總體部的領導下，用不到4年時間完成一項復雜而龐大的工程，開創(chuàng)了我國航天史上研制時間最短的先例。X射線探測器作為中科院承制的有效載荷之一、我國深空X射線探測能段首例，在研制進程中遇到不少困難。

X射線譜儀太陽監(jiān)測器

太陽監(jiān)測器:指向太陽，監(jiān)測太陽X射線輻射，配合月表X 射線觀測，獲得元素的絕對豐度分布。

電控箱

電控箱:含數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理及星上軟件，實現(xiàn)對所觀測數(shù)據(jù)的獲取、編采、管理及傳輸?shù)裙δ堋?/p>

X射線譜儀探測器采用先進的Si-PIN半導體探測器技術，具有低功耗、高分辨的特點，主要由3臺單機組成。

其一是X射線探測器:由Si-PIN組成的半導體探測器陣列，包括4路1~10keV的低能探測器，探測面積為1cm2，16路10~60keV的高能探測器，探測面積為16cm2。在軌觀測時探測器始終對著月面。

其二是太陽監(jiān)測器:由于月表元素受激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線與太陽X射線的輻射強度有關，所以X射線譜儀系統(tǒng)設計了太陽監(jiān)測器。利用太陽監(jiān)測器監(jiān)測太陽X射線輻射狀態(tài)，獲得射入到月球的太陽X射線能譜、流強等信息，為X射線譜儀數(shù)據(jù)處理提供參考依據(jù)。太陽監(jiān)測器探測能區(qū)為1~10keV，有效面積為0.25cm2。

位于衛(wèi)星頂部，對著太陽，觀測太陽X射線，可配合月表X射線觀測，進而獲得元素的絕對豐度分布。同時可以利用太陽監(jiān)測器監(jiān)測太陽活動，做出太陽X射線連續(xù)譜。

其三是電控箱，內(nèi)含數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及軟件等，它負責電源供給，在軌觀測元素信號的處理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，并將信號傳到衛(wèi)星有效載荷的大容量存儲器，通過衛(wèi)星傳到地面控制中心。