硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡

硬X射線成像比X射線成像困難得多，上世紀(jì)70年代開始發(fā)展了編碼孔徑成像技術(shù), 它是用探測器陣列與編碼孔板構(gòu)成的編碼孔徑望遠(yuǎn)鏡，記錄不同方向入射的光子編碼板投影的疊加,然后再借助于解調(diào)或者反演的數(shù)學(xué)方法求出影像，上世紀(jì)90年代，歐洲和美國先后開始研制編碼孔徑成像的硬X射線衛(wèi)星。

與歐美的編碼孔徑成像技術(shù)不同，硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡是采用直接解調(diào)方法反演成像。自高斯發(fā)明最小二乘法以來，人們喜歡借助一些簡化的最優(yōu)條件(例如最小二乘條件、最大熵條件、最大似然條件等)或線性數(shù)學(xué)變換(例如傅里葉變換)，實(shí)現(xiàn)由觀測數(shù)據(jù)到真實(shí)對象的反演;直接解調(diào)方法則用非線性數(shù)學(xué)手段，直接解原始的測量方程，實(shí)現(xiàn)反演成像。由于更充分地利用了測量對象和測量儀器的信息，同樣的數(shù)據(jù)經(jīng)過直接解調(diào)可以得到比用傳統(tǒng)方法更好的成像效果。與復(fù)雜昂貴的編碼孔徑成像系統(tǒng)相比，用簡單的準(zhǔn)直探測器掃描數(shù)據(jù)直接解調(diào)成像，分辨率高，同時(shí)噪音干擾被有效抑制，背景異常干凈，從而用簡單成熟的硬件技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)高分辨、高靈敏度的硬X射線巡天。

HXMT衛(wèi)星望遠(yuǎn)鏡組件，和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡不同的是，它其實(shí)為一組工作在不同波段上的X射線探測器，左邊突出的是低能X射線探測器;中間圓形的是高能X射線探測器;右邊是中能X射線探測器。

實(shí)現(xiàn)最高靈敏度和分辨率的硬X射線巡天:發(fā)現(xiàn)大批被塵埃遮擋的超大質(zhì)量黑洞和未知類型天體，分解和確定宇宙硬X射線背景輻射的來源。

研究致密天體和黑洞強(qiáng)引力場中動力學(xué)和高能輻射過程:對黑洞、中子星、活動星系核等高能天體實(shí)現(xiàn)高精度定向觀測，研究其光變性質(zhì)和光譜，高能粒子加速機(jī)制等重要物理過程。

主探測器 NaI(Tl)/CsI(Na) Phoswich

總探測范圍 5000 cm2

探測能級范圍 20~250 keV (可降至~ 1 keV)

分辨率 19% (@60keV)

連續(xù)靈敏度 3.0×10-7 ph cm-2 s-1 keV-1 ,or 0.5 mCrab (3σ@100keV,105s)

視場 5.7°x 5.7°(FWHM)

源定位精度 ≤1 arcmin(20?)

角分辨率 ≤5 arcmin(20?)

附加設(shè)備 IEXD (7-30 keV, SiPIN, 1000 cm2),

SXD ((1-15 keV, SCD, 300 cm2)

重量 2500 公斤 (有效載荷 1100 公斤)

尺寸 2.0米×2.0米×2.8米 (L×W×H)

設(shè)計(jì)壽命 3 年

軌道 高度 550千米，傾角 43°

姿態(tài) 三軸穩(wěn)

控制精度 ±0.25°

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)完全建立在中國成熟的硬件技術(shù)、創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)處理方法基礎(chǔ)之上，中國已發(fā)展成熟的"資源二號"衛(wèi)星平臺基本能滿足HXMT的需要。因此，HXMT將是一顆真正屬于中國的、具有高度科學(xué)創(chuàng)新性和技術(shù)可靠性的科學(xué)衛(wèi)星。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)實(shí)現(xiàn)中國空間天文衛(wèi)星零的突破，是中國《"十一·五"空間科學(xué)發(fā)展規(guī)劃》的目標(biāo)之一.。HXMT 實(shí)現(xiàn)寬波段X射線 (1-250 keV) 巡天，其中在硬X射線波段具有世界最高靈敏度和空間分辨率，發(fā)現(xiàn)大批被塵埃遮擋的超大質(zhì)量黑洞和未知類型天體，探測宇宙硬X射線背景輻射;HXMT還將通過對黑洞和其他高能天體寬波段X射線時(shí)變和能譜的觀測，研究致密天體極端物理?xiàng)l件下的動力學(xué)和輻射過程。

HXMT建立在中國學(xué)者對硬X射線成像技術(shù)的原始性創(chuàng)新和成熟可靠的探測器技術(shù)基礎(chǔ)之上。從2000年以來，HXMT的預(yù)研工作得到國家974項(xiàng)目、中科院知識創(chuàng)新工程重大方向性項(xiàng)目和清華大學(xué)985項(xiàng)目的聯(lián)合支持，現(xiàn)已完成有效載荷系統(tǒng)地面樣機(jī)研制，成功地進(jìn)行了氣球飛行檢驗(yàn)。中國已發(fā)展成熟的"資源二號"衛(wèi)星平臺的主要性能完全滿足HXMT衛(wèi)星的要求，不存在需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)問題。HXMT是一顆具有重大科學(xué)意義、高度創(chuàng)新性與技術(shù)可靠性的科學(xué)衛(wèi)星，已經(jīng)具備進(jìn)行工程研制的條件。在"十一五"期間發(fā)射HXMT衛(wèi)星，可以在基礎(chǔ)科學(xué)的一個(gè)重要前沿為中國取得具有高顯示度的重大成果。

繪制高精度硬X射線天圖，使硬X射線天體的數(shù)量提高十倍以上并可能發(fā)現(xiàn)新的天體類型。從而極大豐富人類對硬X射線宇宙的認(rèn)識。

活動星系核和類星體的能量來源是人類尚未解釋的宇宙之謎，有可能來自于巨型黑洞和周圍物質(zhì)之間的作用。HXMT將系統(tǒng)研究各類活動星系核和類星體的硬X射線輻射性質(zhì)，并通過與其他波段的聯(lián)測研究活動星系核的輻射來源和輻射區(qū)結(jié)構(gòu)。

X射線雙星由一個(gè)中子星或黑洞與一個(gè)正常恒星構(gòu)成。HXMT將通過X射線雙星研究致密星周圍吸積盤的形成和演化、強(qiáng)引力場中各種廣義相對論效應(yīng)的檢驗(yàn)、黑洞的形成及演化、黑洞自轉(zhuǎn)、視超光速噴流現(xiàn)象、中子星的物質(zhì)狀態(tài)方程等。

超新星遺跡是恒星演化晚期超新星爆發(fā)的產(chǎn)物，HXMT將研究超新星遺跡的非熱X射線輻射性質(zhì)，探索高能宇宙線的起源和加速。

星系團(tuán)是宇宙中最大的引力束縛系統(tǒng)。HXMT將系統(tǒng)研究星系團(tuán)的硬X射線輻射，測量星系團(tuán)中高能粒子的含量，探討高能粒子對氣體的加熱效應(yīng)。 恒星的耀斑爆發(fā)。恒星巨大的耀斑爆發(fā)要比太陽耀斑強(qiáng)許多個(gè)數(shù)量級，伴隨著強(qiáng)烈的X射線暴發(fā)。HXMT可研究恒星冕區(qū)的演化、以及高能粒子在磁活動區(qū)的被加速。

1994年4月，HXMT作為科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星列入中國空間技術(shù)研究院"九五及后十年衛(wèi)星發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃"。

1994年5月，《高能天體物理及天文衛(wèi)星發(fā)展討論會》在京舉行，物理、天文、空間科技等領(lǐng)域?qū)＜?0余人出席，對空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡建議書進(jìn)行研討，并對HXMT的立項(xiàng)提出積極建議 。

1994年9月，在意大利卡普里召開的、有天文和空間科學(xué)技術(shù)方面近百名專家，包括已發(fā)射和計(jì)劃中的各高能天文衛(wèi)星的主要負(fù)責(zé)人參加的高能天文成像國際會議上，作為HXMT提案建議人之一的李惕碚在會上作了題為"直接解調(diào)方法與硬X射線成像"的邀請報(bào)告(左圖)，介紹了直接解調(diào)的原理、應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)分析和氣球觀測所取得的成果以及HXMT方案，引起了強(qiáng)烈反響。J. Paul教授在會議總結(jié)報(bào)告中高度評價(jià)了直接解調(diào)方法，并建議推廣應(yīng)用。

1994年10月，中科院向國防科工委建議將HXMT天文衛(wèi)星列入世紀(jì)末至下世紀(jì)初中國應(yīng)用衛(wèi)星規(guī)劃。

1993年底-1994年，中科院高能所同航天總公司501部完成HXMT天文衛(wèi)星工程系統(tǒng)概念和可行性方案的初步研究報(bào)告。

1995年5月，完成HXMT方案可行性論證報(bào)告。

1998年8月，意大利空間局代表團(tuán)應(yīng)中國宇航局邀請?jiān)L華討論空間科技合作，在"空間科學(xué)工作組報(bào)告"中，空間硬X射線望遠(yuǎn)鏡HXMT作為雙方都有興趣的項(xiàng)目列入。

2000年5月，HXMT預(yù)研及相關(guān)的科學(xué)工作被遴選為國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目，同時(shí)得到中科院知識創(chuàng)新工程重大方向性項(xiàng)目和清華大學(xué)985項(xiàng)目的配套支持，由中科院和清華大學(xué)聯(lián)合實(shí)施 。

2002年5月，F(xiàn). Frontera教授等4位意大利天文和空間技術(shù)專家來京與中方學(xué)者舉行了"空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT研討會"，意方表達(dá)了合作的強(qiáng)烈愿望，愿提供在空間天文科學(xué)和技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)和成果;在雙邊合作項(xiàng)目批準(zhǔn)和HXMT衛(wèi)星立項(xiàng)后，還可以為衛(wèi)星提供設(shè)備。

2002年7月，國家科技部組織物理、天文、空間技術(shù)和管理專家對HXMT預(yù)研進(jìn)行了中期評審，專家組強(qiáng)烈呼吁:盡快開展硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT的衛(wèi)星立項(xiàng)工作，希望科技部和各有關(guān)單位給予大力支持。

2003年6月，航天科技集團(tuán)第五研究院同高能所成立HXMT衛(wèi)星聯(lián)合論證組，"資源"二號衛(wèi)星平臺的主要性能完全滿足HXMT衛(wèi)星的要求，制造和發(fā)放HXMT衛(wèi)星的技術(shù)條件已完全成熟。

2005年9月7日，國防科工委通知全面部署HXMT衛(wèi)星工程立項(xiàng)。

2005年9月24日，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目"天體高能輻射的空間觀測與研究"課題通過驗(yàn)收(左圖)。該項(xiàng)目于2000年開始實(shí)施，由高能所、光電研究院和清華大學(xué)共同承擔(dān)，高能所為項(xiàng)目依托單位。項(xiàng)目得到了科技部973計(jì)劃2000萬元以及中科院創(chuàng)新工程和清華大學(xué)建設(shè)世界一流大學(xué)計(jì)劃各1000萬配套經(jīng)費(fèi)的支持，其主要科學(xué)目標(biāo)是對HXMT的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)，建設(shè)HXMT的地面物理樣機(jī)，為HXMT的工程立項(xiàng)作前期研究，同時(shí)開展相關(guān)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)和天體物理研究。專家組認(rèn)為，項(xiàng)目各課題均高水平地完成了預(yù)定研究任務(wù)，不僅在前沿研究中取得了突出成績，而且為下一步HXMT作為國家大科學(xué)工程立項(xiàng)創(chuàng)造了良好的條件，很好地實(shí)現(xiàn)了孕育國家大科學(xué)工程的目標(biāo)。

2005年10月18日，由航科集團(tuán)5院、中科院和清華大學(xué)提交的國防科技工業(yè)民用專項(xiàng)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目《硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星總體方案研究》任務(wù)書通過了國防科工委組織的專家評審，項(xiàng)目進(jìn)入了背景型號研究階段。

2005年11月26-27日，HXMT背景型號研制動員大會在北京頤泉賓館舉行(右圖)，中科院高能所、光電研究院和清華大學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)以及所有項(xiàng)目參與人員，共計(jì)80余人參加了會議。本次大會的召開標(biāo)志著HXMT背景型號研制階段工作任務(wù)的正式啟動。會議使所有項(xiàng)目參與人員對項(xiàng)目有了整體認(rèn)識，了解了項(xiàng)目的背景、意義和物理目標(biāo)，為項(xiàng)目任務(wù)的進(jìn)一步展開奠定了良好的基礎(chǔ)。

2005年12月7日，高能所成立HXMT項(xiàng)目指揮部籌備組，全面負(fù)責(zé)HXMT有效載荷和地面應(yīng)用系統(tǒng)背景型號研究工作。12月23日成立HXMT項(xiàng)目辦公室，負(fù)責(zé)項(xiàng)目的日常管理以及與所外單位之間的聯(lián)系。

2006年1月6-7日，HXMT有效載荷及地面應(yīng)用系統(tǒng)方案(初步)評審會于在高能所召開，來自光電研究院、航天科技集團(tuán)五院501所、空間中心及高能物理研究所的評審專家到會(左圖)。根據(jù)衛(wèi)星對有效載荷的設(shè)計(jì)要求，HXMT各分支系統(tǒng)報(bào)告了電子學(xué)、荷電粒子、主探測器、準(zhǔn)直器、在軌定標(biāo)探測器、粒子監(jiān)測器及軟X射線探測器的方案。評審專家重點(diǎn)對有效載荷的力學(xué)分析、熱分析、可靠性分析、熱控措施等提出了積極建議，對每一個(gè)研制方案進(jìn)行了充分的評審，提出了進(jìn)一步完善研制方案的意見，為保證HXMT背景型號階段有效載荷研制任務(wù)及地面應(yīng)用系統(tǒng)的順利完成具有重要意義。

2006年1月16-20日，HXMT國際學(xué)術(shù)討論會在三亞召開( 右圖)，來自國內(nèi)的19名專家以及英、美、德、日本、意大利、瑞士、捷克等國的23名科學(xué)家與會。會議討論了HXMT的意義、主要科學(xué)目標(biāo)、儀器和觀測模式的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及HXMT項(xiàng)目的國際合作。

2006年6月30日，中科院受國防科工委委托在北京召開了綜合論證評審會，再次對"十一五"自主空間科學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行綜合科學(xué)論證，要求給出項(xiàng)目支持先后順序的意見。評委由天文、物理、空間技術(shù)和管理方面的20余位專家組成。HXMT得到了專家組的認(rèn)可和支持。

2006年7月，中科院向國防科工委優(yōu)先推薦HXMT為"十一五"自主空間科學(xué)項(xiàng)目。

2006年10月18日，國防科工委在北京召開《硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡背景型號研究任務(wù)書補(bǔ)充審查會》，高能所提出的《硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星有效載荷及地面應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究》研究任務(wù)書獲得評審?fù)ㄟ^。

2006年11月20日，HXMT衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)正式進(jìn)入了原理樣機(jī)桌面聯(lián)試階段，瑞軟公司的通用仿真測試系統(tǒng)(BusRobot)產(chǎn)品作為桌面聯(lián)試軟件參與了測試。

2006年11月30日-12月2日，中意雙邊空間天文會談在北京舉行(左圖)，主要議題是雙方在HXMT和Simbol-X衛(wèi)星項(xiàng)目上的合作。雙方可能的合作內(nèi)容有:(1)意大利為HXMT提供衛(wèi)星平臺;(2)中國為Simbol-X提供發(fā)射，研制焦平面探測器以及反符合屏蔽探測器和讀出電子學(xué)系統(tǒng);(3)意大利為HXMT項(xiàng)目貢獻(xiàn)偏振X射線望遠(yuǎn)鏡;(4)意大利提供Malindi地面站接收HXMT數(shù)據(jù)并協(xié)助建立HXMT的科學(xué)數(shù)據(jù)和用戶支持中心;(5)意大利參加HXMT已有載荷的研制，包括高能探測器和電子學(xué)方案的優(yōu)化、脈沖形狀甄別器的設(shè)計(jì)與研制、高能探測器的定標(biāo)以及中能X射線探測器的讀出電子學(xué)ASIC等。意方參加的合作對于進(jìn)一步提升高能探測器性能，增加HXMT科學(xué)產(chǎn)出具有重要價(jià)值。

2007年2月4日，HXMT召開有效載荷和地面應(yīng)用系統(tǒng)工程動員會。清華大學(xué)天體物理中心張雙南教授說:"硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星將完成深度巡天，發(fā)現(xiàn)上千個(gè)巨型黑洞，在基礎(chǔ)科學(xué)前沿取得高顯示度的重大成果。"項(xiàng)目首席科學(xué)家李惕碚院士說，"硬X射線來自最靠近黑洞視界的區(qū)域，是探測黑洞和研究黑洞附近物理過程的一個(gè)關(guān)鍵窗口;而由于成像的技術(shù)困難，硬X射線又是一個(gè)有待開拓的波段"。HXMT衛(wèi)星已被正式列入我國"十一五"民用航天發(fā)展規(guī)劃，作為我國第一個(gè)自主研制的天文衛(wèi)星，計(jì)劃在2010年發(fā)放，將實(shí)現(xiàn)世界最高靈敏度和最好空間分辨率的硬X射線巡天，并對黑洞、中子星、超新星遺跡等天體的高能輻射進(jìn)行高質(zhì)量寬波段觀測。

2007年4月5日，國防科工委下發(fā)"科工技[2007]311號"文件《國防科工委關(guān)于硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)衛(wèi)星總體及關(guān)鍵技術(shù)研究任務(wù)書的批復(fù)》，同意開展HXMT衛(wèi)星總體及關(guān)鍵技術(shù)研究工作。批復(fù)要求:按照天地一體化的設(shè)計(jì)思想，完成HXMT衛(wèi)星工程的大系統(tǒng)論證，突破HXMT衛(wèi)星的技術(shù)難點(diǎn)，完成HXMT衛(wèi)星總體方案論證，完成衛(wèi)星有效載荷及地面數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成HXMT衛(wèi)星可行性論證，為工程立項(xiàng)奠定基礎(chǔ)。

2007年4月21日，中科院基礎(chǔ)局組織的"HXMT科學(xué)目標(biāo)對衛(wèi)星總要求及有效載荷對衛(wèi)星平臺技術(shù)要求"評審會在高能所召開，參加會議的有中科院基礎(chǔ)局、自然科學(xué)基金委、國家天文臺、上海天文臺、航天科技集團(tuán)五院、美國Purdue大學(xué)和高能所的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專家。評審組聽取了高能所HXMT總體組作的"HXMT科學(xué)目標(biāo)對衛(wèi)星總要求及有效載荷對衛(wèi)星平臺技術(shù)要求"報(bào)告，并進(jìn)行了討論。評審組同意通過評審。

2007年4月30日，HXMT各子系統(tǒng)方案評審會在高能所召開。16位評審專家分別來自清華大學(xué)、中科院光電研究院、中科院高能所、航天科技集團(tuán)五院和空間中心。評審組聽取了各子系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)報(bào)告后，進(jìn)行了深入的評議，對每個(gè)子系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)報(bào)告提出了具體的改進(jìn)要求和建議。

2007年7月6日，HXMT衛(wèi)星項(xiàng)目通過了航天科技集團(tuán)組織的衛(wèi)星總體技術(shù)、有效載荷及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究實(shí)施方案評審。

2007年8月3日，中科院高技術(shù)局組織的"硬X 射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT) 衛(wèi)星有效載荷分系統(tǒng)可行性論證報(bào)告"評審會在高能所召開。參加會議的有國防科工委系統(tǒng)一司，航天科技集團(tuán)五院、五院總體部，清華大學(xué)，中科院高能所、光電院、空間中心、力學(xué)所等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家。評審組聽取了有效載荷分系統(tǒng)可行性論證情況的匯報(bào)，經(jīng)討論后指出:HXMT有效載荷方案內(nèi)容完整，合理可行，能夠滿足科學(xué)目標(biāo)的要求和衛(wèi)星平臺的約束條件;HXMT有效載荷分系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)突破。HXMT有效載荷具備工程立項(xiàng)的條件，同意通過評審。

2007年9月3日，HXMT衛(wèi)星技術(shù)可行性論證報(bào)告通過了中科院與航天科技集團(tuán)聯(lián)合組織的評審。

2007年9月7日，國防科工委在北京召開HXMT衛(wèi)星工程大總體討論會。會議組成了包括王希季院士等13位專家的專家組，航天科技集團(tuán)科技委副主任徐福祥研究員為組長，孫家棟院士為顧問。會議聽取了HXMT工程研制總要求、衛(wèi)星總體技術(shù)方案、運(yùn)載系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)方案等6個(gè)報(bào)告。專家組對衛(wèi)星大系統(tǒng)方案論證的下一步工作提出了建議。工程大總體討論會的召開標(biāo)志著HXMT工程立項(xiàng)過程正式啟動。

2008年4月，國防科工委委托中咨公司完成HXMT衛(wèi)星經(jīng)濟(jì)可行性評估，核定總經(jīng)費(fèi)約人民幣10億元。由于經(jīng)費(fèi)不能落實(shí)，原定于2008年完成的工程立項(xiàng)未能完成。

2008年4月28-30日，HXMT舉辦了有效載荷與地面應(yīng)用系統(tǒng)首次型號產(chǎn)品質(zhì)量培訓(xùn)。航天五院、清華大學(xué)、中科院空間中心、光電院、高能所等單位的近百名參與工程研制的人員和各分系統(tǒng)負(fù)責(zé)人參加了此次培訓(xùn)。HXMT作為我國首顆空間天文衛(wèi)星項(xiàng)目肩負(fù)著重要?dú)v史使命和責(zé)任，將在我國空間大科學(xué)系統(tǒng)建設(shè)中起重要作用。通過這次培訓(xùn)要樹立起航天工程產(chǎn)品的質(zhì)量意識，重視質(zhì)量管理，并加快質(zhì)量管理體系的建設(shè)。培訓(xùn)班邀請航天五院原總質(zhì)量師、著名資深質(zhì)量外審員陳明德研究員以中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB9001A-2001為主線，結(jié)合航天產(chǎn)品研制的規(guī)范、要求及他本人幾十年從事航天產(chǎn)品研制的親身經(jīng)歷授課3天。培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行了書面考試，考試合格者將頒發(fā)相應(yīng)質(zhì)量培訓(xùn)合格證書。

2008年7月4日，高能所聯(lián)合航天科技集團(tuán)五院總體部召開了對國防科技工業(yè)民用航天背景型號項(xiàng)目HXMT衛(wèi)星有效載荷及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究"的結(jié)題驗(yàn)收會。來自航天科技集團(tuán)五院返回式項(xiàng)目辦、研發(fā)部、總體部，原子能科學(xué)研究院，清華大學(xué)，以及中國科學(xué)院光電院、國家天文臺、高能所等單位的專家組成驗(yàn)收專家組，顧逸東院士擔(dān)任組長。 專家組聽取了項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告;實(shí)地查看了有效載荷研制的硬件成果，包括高能X射線望遠(yuǎn)鏡單體工程機(jī)，中、低能X射線望遠(yuǎn)鏡原理樣機(jī)，以及地面測試聯(lián)調(diào)系統(tǒng)和真空試驗(yàn)設(shè)備;查驗(yàn)了包括方案報(bào)告、試驗(yàn)證明、管理文件等在內(nèi)的歸檔資料。專家組認(rèn)為，項(xiàng)目組高質(zhì)量完成了科工委批復(fù)和實(shí)施方案規(guī)定的全部研究內(nèi)容，完成了所有樣機(jī)的研制，達(dá)到并部分超過了規(guī)定的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo);關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得突破，文檔資料齊全有效，對有效載荷和地面應(yīng)用系統(tǒng)方案及衛(wèi)星總體方案提供了有力的支撐，為項(xiàng)目進(jìn)入工程階段的研制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。驗(yàn)收專家組同意通過驗(yàn)收。

6月15日11時(shí)00分 ，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征四號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射首顆X射線空間天文衛(wèi)星"慧眼"。

20世紀(jì)90年代初，歐洲開始采用技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的編碼孔徑技術(shù)建造硬X射線成像衛(wèi)星INTGRAL，而美國硬X射線衛(wèi)星Swift也于2004年上天，它們正在進(jìn)行硬X巡天，進(jìn)入新世紀(jì)以來，美國NASA開始實(shí)施雄心勃勃的"超越愛因斯坦計(jì)劃",它的主要目標(biāo)之一是用新一代黑洞發(fā)現(xiàn)者衛(wèi)星探測黑洞，了解黑洞附近的空間、時(shí)間和物質(zhì)的行為。HXMT具有比INTGRAL和Swift更強(qiáng)大的成像能力和獨(dú)一無二的定向觀測能力，如果能在今后幾年中發(fā)射上天，就可以抓住另一個(gè)重要的科學(xué)機(jī)遇:趕在"超越愛因斯坦計(jì)劃"黑洞發(fā)現(xiàn)者上天之前，發(fā)現(xiàn)更多新的黑洞天體，并深入研究黑洞強(qiáng)引力場中的動力學(xué)過程，為實(shí)現(xiàn)"超越愛因斯坦"的科學(xué)追求做出重大貢獻(xiàn)。美國"超越愛因斯坦計(jì)劃"新一代黑洞發(fā)現(xiàn)者的候選項(xiàng)目EXIST的首席科學(xué)家Grindlay教授指出:HXMT是今后這段時(shí)期中研究黑洞動力學(xué)過程的獨(dú)一無二的硬X望遠(yuǎn)鏡;對中國是一個(gè)很好的機(jī)會用發(fā)射硬X射線衛(wèi)星在一個(gè)重大的科學(xué)前沿取得領(lǐng)導(dǎo)地位。

1992年 ，高能所的李惕碚和吳枚應(yīng)用非線性手段于數(shù)據(jù)分析，建立和發(fā)展了對象重建的直接解調(diào)方法(Direct Demodulation Imaging Method，簡稱DD方法)，其核心是更多地利用觀測數(shù)據(jù)的信息，在解調(diào)計(jì)算中合理地施加物理約束。該方法具有靈敏度高、抑止噪音能力強(qiáng)、能突破望遠(yuǎn)鏡的內(nèi)稟角分辨率等傳統(tǒng)高能天文成像方法所不具備的優(yōu)點(diǎn)。用該方法指導(dǎo)儀器設(shè)計(jì)，能夠用簡單成熟的準(zhǔn)直型望遠(yuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高空間分辨硬X射線成像觀測。

1993年，高能所研制了球載硬X射線探測器(左圖為實(shí)驗(yàn)氣球，右圖為球載硬X射線探測器HAPI-4的吊籃)，在離地38公里的高空成功地對天鵝座X-1進(jìn)行了掃描成像，證明了直接解調(diào)成像技術(shù)的可行及成像能力。由于受到氣球飛行時(shí)間的限制，無法對天體進(jìn)行長時(shí)間的觀測。同時(shí)，還受到氣球飛行高度的限制(約40公里)，不能觀測天頂角低于50度的天體。而衛(wèi)星的高度在500-600公里，在軌運(yùn)行時(shí)間可長達(dá)2年以上，可對全天球進(jìn)行觀測，實(shí)現(xiàn)全天巡天掃描，提出 了"空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡HXMT建議書"。

1993-1995年，美國NASA總部林志豪(J. Ling)教授、日本理化學(xué)所及宇宙科學(xué)所松岡勝教授、德國馬普地外所所長及ROSAT衛(wèi)星首席科學(xué)家Truemper教授、美國哈佛-史密松天體物理中心J.Grindlay教授等重視HXMT的科學(xué)重要性，分別提出和探討在HXMT項(xiàng)目上進(jìn)行合作。

首臺太空望遠(yuǎn)鏡將是世界上靈敏度和空間分辨本領(lǐng)最高的硬X射線望遠(yuǎn)鏡，它將探測大批高能天體和天體高能輻射新現(xiàn)象，并對黑洞、中子星等重要天體進(jìn)行高靈敏度定向觀測，推進(jìn)人類對極端條件下高能天體物理動力學(xué)的新認(rèn)識。

HXMT是發(fā)現(xiàn)黑洞和研究致密天體強(qiáng)引力場中動力學(xué)與高能過程的強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)裝置。在"超越愛因斯坦"計(jì)劃的下一代黑洞搜尋者(Black Hole Finder Prob)之前，HXMT能夠以最高靈敏度和分辨率發(fā)現(xiàn)大批被塵埃遮擋的超大質(zhì)量黑洞和其他未知類型高能天體，并研究宇宙硬X射線背景的性質(zhì)。HXMT衛(wèi)星的低能(1-15 keV)中能(5-30 keV)和高能(20-250 keV)三個(gè)望遠(yuǎn)鏡都是準(zhǔn)直型探測器，直接解調(diào)掃描數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)高分辨和高靈敏度成像以及對彌散源的成像;而大面積準(zhǔn)直探測器又能獲得特定天體目標(biāo)的高統(tǒng)計(jì)和高信噪比數(shù)據(jù)，使HXMT既能實(shí)現(xiàn)大天區(qū)成像，又能通過寬波段時(shí)變和能譜觀測研究天體高能過程，有機(jī)會為實(shí)現(xiàn)"超越愛因斯坦"的目標(biāo)作出獨(dú)到的貢獻(xiàn)。由于在硬X波段具有前所未有的靈敏度和成像能力，HXMT衛(wèi)星將對空間天文的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

天體的高能輻射(X射線，γ射線)被地球大氣吸收，必須在地外空間才能被觀測到，1962年，美國科學(xué)工程公司一個(gè)青年核工程師賈科尼(R. Giacconi)，聯(lián)合麻省理工學(xué)院的學(xué)者，用探空火箭把X射線計(jì)數(shù)器放到高空,探測月面被太陽照射時(shí)產(chǎn)生的熒光X射線，意外地在月亮和太陽以外的天區(qū)探測到一個(gè)很強(qiáng)的X射線源。2002年，賈科尼由于開拓了人類觀測宇宙的新窗口--X射線天文學(xué)而被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

對于研究天體極端條件下的高能過程，光子能量高于10-20 keV的硬X射線是比X射線更重要的窗口，例如，黑洞吸引周圍物質(zhì)形成吸積盤，其最后一個(gè)穩(wěn)定軌道內(nèi)邊緣的溫度達(dá)到數(shù)百萬上千萬度，發(fā)射強(qiáng)烈的軟X射線。而從吸積盤邊緣到黑洞視界的高溫等離子體溫度高達(dá)數(shù)十億度，這個(gè)區(qū)域主要發(fā)射比軟X射線能量更高的硬X射線。所以，硬X射線是研究鄰近黑洞強(qiáng)引力場區(qū)域時(shí)間?空間和物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)鍵波段，而且很多巨型黑洞被塵埃包圍,軟X射線無法穿透，只能用硬X射線探測器去發(fā)現(xiàn)它們。

20世紀(jì)90年代初提出直接解調(diào)方法，用簡單成熟的硬件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高分辨和高靈敏度硬X射線巡天。直接解調(diào)方法則應(yīng)用非線性的數(shù)學(xué)手段，直接解原始的測量方程，實(shí)現(xiàn)反演成像。由于更充分地利用了數(shù)據(jù)中有關(guān)測量對象和測量儀器的信息，同樣的數(shù)據(jù)經(jīng)直接解調(diào)可以得到比傳統(tǒng)方法好得多的反演結(jié)果，把直接解調(diào)技術(shù)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以突破儀器內(nèi)稟分辨的限制，用簡單的非成像探測器掃描觀測，實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高分辨率的成像，與復(fù)雜和昂貴的編碼孔徑成像系統(tǒng)相比，簡單的準(zhǔn)直探測器掃描數(shù)據(jù)直接解調(diào)成像的，分辨率高，同時(shí)噪音干擾被有效抑制，背景異常干凈。

"這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)過10多年的預(yù)研"，蘇定強(qiáng)說，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)幾乎都已解決。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，美國國家航空航天局開始實(shí)施雄心勃勃的"超越愛因斯坦計(jì)劃"，它的主要目標(biāo)之一，是用新一代"黑洞發(fā)現(xiàn)者"衛(wèi)星探測黑洞，了解黑洞附近的空間、時(shí)間和物質(zhì)的行為。

中國計(jì)劃發(fā)射的太空望遠(yuǎn)鏡，具有更強(qiáng)大的成像能力和獨(dú)一無二的定向觀測能力，如果能在今后幾年發(fā)射上天，可以趕在"黑洞發(fā)現(xiàn)者"上天之前，發(fā)現(xiàn)更多新的黑洞天體，從而在一個(gè)重大的科學(xué)前沿取得領(lǐng)導(dǎo)地位。

南極冰穹A醞釀架設(shè)大口徑望遠(yuǎn)鏡

"哈勃"太空望遠(yuǎn)鏡主要觀測可見光波段，最大限度收集從遙遠(yuǎn)星球發(fā)出的光線，其波長范圍在390-780納米;X射線望遠(yuǎn)鏡觀測波段范圍是0.01-10納米，主要探測宇宙X射線背景輻射，"前者好比是看圖像，后者好比是聽聲音。"

2017年2月7日，從中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心獲悉，2017年計(jì)劃發(fā)射"硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星"，可觀測黑洞、中子星、超新星爆發(fā)等。

"硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星"將實(shí)現(xiàn)寬波段大天區(qū)X射線巡天，具有獨(dú)特的觀測黑洞、中子星等高能天體多波段快速光變的能力，將加深對致密天體和黑洞強(qiáng)引力場中動力學(xué)和高能輻射過程的認(rèn)識，使中國高能天體物理觀測研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平。

2017年6月15日11時(shí)00分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征四號乙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星"慧眼"，這是我國首顆大型X射線天文衛(wèi)星，同時(shí)此次發(fā)射還搭載了國內(nèi)國外3顆小衛(wèi)星。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命4年，承載高能、中能、低能X射線望遠(yuǎn)鏡和空間環(huán)境監(jiān)測儀，通過巡天觀測、定點(diǎn)觀測和小天區(qū)掃描3種工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)寬波段、高靈敏度、高分辨率的X射線空間觀測。衛(wèi)星成功發(fā)射和正常運(yùn)行后，將使我國在X射線空間觀測方面具有國際先進(jìn)的暗弱變源巡天能力、獨(dú)特的多波段快速光觀測能力等，推動我國高能天體物理研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列。