X射線光電譜儀

X射線譜儀X射線譜儀和太陽(yáng)監(jiān)測(cè)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(cè)月球表面元素受太陽(yáng)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(duì)月面。太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器正對(duì)太陽(yáng)，監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)，從而得到入射的太陽(yáng)X射線能譜，結(jié)合X射線譜儀，獲得到相關(guān)元素的絕對(duì)豐度。在月表向陽(yáng)面，當(dāng)太陽(yáng)X射線射到月表，發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生X射線熒光;這些熒光被X射線譜儀某個(gè)(些)探測(cè)器單元探測(cè)到，經(jīng)過(guò)后級(jí)電子學(xué)系統(tǒng)處理，將所探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)后，以1024道能譜的方式被記錄, 并經(jīng)1553B總線傳到地面。

太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器采集太陽(yáng)X射線，將所探測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)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(cè)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(yīng)，至少產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，由此產(chǎn)生的電信號(hào)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(cè)信號(hào)以不同能譜方式記錄，根據(jù)這些能譜，依據(jù)定標(biāo)曲線推算對(duì)應(yīng)的元素。

X射線譜儀太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器

太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器:指向太陽(yáng)，監(jiān)測(cè)太陽(yáng)X射線輻射，配合月表X 射線觀測(cè)，獲得元素的絕對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)所觀測(cè)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(cè)器采用先進(jìn)的Si-PIN半導(dǎo)體探測(cè)器技術(shù)，具有低功耗、高分辨的特點(diǎn)，主要由3臺(tái)單機(jī)組成。

其一是X射線探測(cè)器:由Si-PIN組成的半導(dǎo)體探測(cè)器陣列，包括4路1~10keV的低能探測(cè)器，探測(cè)面積為1cm2，16路10~60keV的高能探測(cè)器，探測(cè)面積為16cm2。在軌觀測(cè)時(shí)探測(cè)器始終對(duì)著月面。

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

位于衛(wèi)星頂部，對(duì)著太陽(yáng)，觀測(cè)太陽(yáng)X射線，可配合月表X射線觀測(cè)，進(jìn)而獲得元素的絕對(duì)豐度分布。同時(shí)可以利用太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)太陽(yáng)活動(dòng)，做出太陽(yáng)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(fù)責(zé)電源供給，在軌觀測(cè)元素信號(hào)的處理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，并將信?hào)傳到衛(wèi)星有效載荷的大容量存儲(chǔ)器，通過(guò)衛(wèi)星傳到地面控制中心。

X射線譜儀設(shè)計(jì)有21路探測(cè)器，是此次載荷中探測(cè)器路數(shù)最多的系統(tǒng)，為有效預(yù)防多路探測(cè)器之間相互干擾，在硬/軟件設(shè)計(jì)中還專門設(shè)計(jì)了"隔離"探測(cè)器單元功能及對(duì)太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器計(jì)數(shù)率的調(diào)閾指令，以提高探測(cè)器在軌長(zhǎng)期工作的可靠性。

研制者介紹，通過(guò)分析、融合和歸納X射線譜儀探測(cè)器與太陽(yáng)監(jiān)測(cè)器的觀測(cè)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(kāi)發(fā)利用提供資源分布的數(shù)據(jù)，以及檢驗(yàn)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(guó)繞月探測(cè)工程實(shí)現(xiàn)月球資源探測(cè)、研究月球組成預(yù)演化等的重要手段和有效方法之一。"在我國(guó)探月工程分三步走的進(jìn)程中，通過(guò)一期嫦娥一號(hào)衛(wèi)星有效載荷繞月工程在軌觀測(cè)，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(jìn)行資源探測(cè)和進(jìn)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(lái)資源開(kāi)發(fā)利用提供更進(jìn)一步的驗(yàn)證信息。"

20世紀(jì)70年代，美國(guó)Apollo-15、Apollo-16從環(huán)月軌道上各發(fā)射了一顆環(huán)月運(yùn)行的科學(xué)衛(wèi)星，衛(wèi)星上就有熒光X射線探測(cè)器，首次在環(huán)月軌道上探測(cè)月表X射線熒光，進(jìn)而研究月表的地質(zhì)化學(xué)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(cè)了鎂、鋁、硅的絕對(duì)分布;今年9月日本發(fā)射的月亮女神也對(duì)月球元素進(jìn)行了探測(cè)。印度2008年將發(fā)射探月衛(wèi)星, 對(duì)月球低能X射線進(jìn)行探測(cè)。

研制者表示:"總之，20世紀(jì)90年代后，國(guó)際上興起的新一輪探月熱，這不僅因?yàn)樵虑蚴堑厍虻奶烊恍l(wèi)星，更重要的還在于月球?qū)氋F的資源和月球位置的價(jià)值。因?yàn)橥ㄟ^(guò)元素探測(cè)，我們可以知道月球上分布著哪些資源，將來(lái)開(kāi)發(fā)月球時(shí)可選擇在資源富集的地區(qū)，通過(guò)開(kāi)采月球資源，滿足人類社會(huì)的需求。"因此，對(duì)月球元素探測(cè)是一項(xiàng)很重要的科學(xué)研究。

當(dāng)談到X射線譜儀的應(yīng)用時(shí)，研制者介紹，近期一些天文衛(wèi)星上都會(huì)應(yīng)用X射線探測(cè)器。今后，星載探測(cè)器發(fā)展的趨勢(shì)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(chǔ)上，使X射線探測(cè)器設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化、更小巧、更可靠、更高性能，可把它安裝在月球車機(jī)械臂上，在月球上行走，實(shí)現(xiàn)近距離元素探測(cè)。

嫦娥一號(hào)衛(wèi)星探測(cè)工程在國(guó)防科工委月球探測(cè)工程中心、航科集團(tuán)探月衛(wèi)星總體及中科院有效載荷總體部的領(lǐng)導(dǎo)下，用不到4年時(shí)間完成一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的工程，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)航天史上研制時(shí)間最短的先例。X射線探測(cè)器作為中科院承制的有效載荷之一、我國(guó)深空X射線探測(cè)能段首例，在研制進(jìn)程中遇到不少困難。