硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命

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(cè)儀，通過(guò)巡天觀測(cè)、定點(diǎn)觀測(cè)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(cè)。衛(wèi)星成功發(fā)射和正常運(yùn)行后，將使我國(guó)在X射線空間觀測(cè)方面具有國(guó)際先進(jìn)的暗弱變?cè)囱蔡炷芰Αⅹ?dú)特的多波段快速光觀測(cè)能力等，推動(dòng)我國(guó)高能天體物理研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

2017年2月7日，從中國(guó)科學(xué)院國(guó)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(cè)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(cè)黑洞、中子星等高能天體多波段快速光變的能力，將加深對(duì)致密天體和黑洞強(qiáng)引力場(chǎng)中動(dòng)力學(xué)和高能輻射過(guò)程的認(rèn)識(shí)，使中國(guó)高能天體物理觀測(cè)研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星工程是由國(guó)防科工局和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合組織實(shí)施的空間科學(xué)項(xiàng)目。衛(wèi)星、運(yùn)載火箭分別由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司中國(guó)空間技術(shù)研究院、上海航天技術(shù)研究院研制，地面測(cè)控系統(tǒng)由西安衛(wèi)星測(cè)控中心負(fù)責(zé)，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心、遙感與數(shù)字地球研究所和高能物理研究所分別負(fù)責(zé)地面應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)及衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收、處理、分發(fā)和科學(xué)應(yīng)用。

2017年6月15日11時(shí)00分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征四號(hào)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(guó)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(guó)內(nèi)國(guó)外3顆小衛(wèi)星。

硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡(HXMT)完全建立在中國(guó)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(guó)已發(fā)展成熟的"資源二號(hào)"衛(wèi)星平臺(tái)基本能滿足HXMT的需要。因此，HXMT將是一顆真正屬于中國(guó)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(guó)空間天文衛(wèi)星零的突破，是中國(guó)《"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(cè)宇宙硬X射線背景輻射;HXMT還將通過(guò)對(duì)黑洞和其他高能天體寬波段X射線時(shí)變和能譜的觀測(cè)，研究致密天體極端物理?xiàng)l件下的動(dòng)力學(xué)和輻射過(guò)程。

HXMT建立在中國(guó)學(xué)者對(duì)硬X射線成像技術(shù)的原始性創(chuàng)新和成熟可靠的探測(cè)器技術(shù)基礎(chǔ)之上。從2000年以來(lái)，HXMT的預(yù)研工作得到國(guó)家974項(xiàng)目、中科院知識(shí)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(guó)已發(fā)展成熟的"資源二號(hào)"衛(wèi)星平臺(tái)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(wèn)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(guó)取得具有高顯示度的重大成果。

首臺(tái)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(cè)大批高能天體和天體高能輻射新現(xiàn)象，并對(duì)黑洞、中子星等重要天體進(jìn)行高靈敏度定向觀測(cè)，推進(jìn)人類對(duì)極端條件下高能天體物理動(dòng)力學(xué)的新認(rèn)識(shí)。

HXMT是發(fā)現(xiàn)黑洞和研究致密天體強(qiáng)引力場(chǎng)中動(dòng)力學(xué)與高能過(guò)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(cè)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(duì)彌散源的成像;而大面積準(zhǔn)直探測(cè)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(guò)寬波段時(shí)變和能譜觀測(cè)研究天體高能過(guò)程，有機(jī)會(huì)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(duì)空間天文的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

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(cè)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(guó)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(lái)，人們喜歡借助一些簡(jiǎn)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(cè)數(shù)據(jù)到真實(shí)對(duì)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(cè)量方程，實(shí)現(xiàn)反演成像。由于更充分地利用了測(cè)量對(duì)象和測(cè)量?jī)x器的信息，同樣的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)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(jiǎn)單的準(zhǔn)直探測(cè)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(jiǎn)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(cè)器，左邊突出的是低能X射線探測(cè)器;中間圓形的是高能X射線探測(cè)器;右邊是中能X射線探測(cè)器。