昨天的朋友圈，再次被引力波刷屏。
LIGO和Virgo首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波，并發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對應(yīng)體。
此次僅有4臺X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，而我國剛上天試運(yùn)行2個(gè)月的“慧眼”HXMT望遠(yuǎn)鏡，就是其中之一，功不可沒。
硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星“慧眼”是我國第一顆X射線天文望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，開辟了通過宇宙探索新窗口尋求物理科學(xué)突破的新紀(jì)元。因?yàn)樗s在美國NASA“超越愛因斯坦計(jì)劃”黑洞發(fā)現(xiàn)者之前上天，也成為國際上發(fā)現(xiàn)黑洞的一大利器。
正如美國“超越愛因斯坦計(jì)劃”新一代黑洞發(fā)現(xiàn)者候選項(xiàng)目EXIST首席科學(xué)家所說：“中國硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星，將是今后這段時(shí)期中研究黑洞動力學(xué)過程獨(dú)一無二的，是X射線天文學(xué)發(fā)展史上的一座里程碑。”
在中國“慧眼”之前，國際上已有7顆同類型衛(wèi)星，但這位“太空新秀”身懷的絕技，仍然讓人對其寄予厚望。
直接解調(diào)方法反演成像技術(shù)：
睜開大眼后便不再閉上
細(xì)究“慧眼”即硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星的名字，其中“調(diào)制”二字讓很多人不解。硬X射線調(diào)制衛(wèi)星系統(tǒng)載荷分系統(tǒng)專家、中科院高能所研究員宋黎明告訴記者，這是中國科學(xué)家提出的一種原創(chuàng)性設(shè)計(jì)理念，用簡單成熟的硬件技術(shù)便可實(shí)現(xiàn)高分辨和高靈敏度硬X射線成像觀測。
與歐美的編碼孔徑成像技術(shù)不同，“慧眼”采用的是直接解調(diào)方法反演成像技術(shù)。宋黎明說，與復(fù)雜、昂貴的編碼孔徑成像系統(tǒng)相比，直接解調(diào)方法具有簡單準(zhǔn)確的優(yōu)勢。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)”方法可以得到比傳統(tǒng)方法好得多的反演結(jié)果，分辨率高，同時(shí)噪音干擾被有效抑制，背景異常干凈，可以極大提高探測定位的精度。
他說，這些讓“慧眼”進(jìn)入太空后就會睜開明亮的大眼，24小時(shí)分秒必爭，全天時(shí)觀測天文現(xiàn)象。
數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)：
一場“沒有關(guān)機(jī)重啟”的直播
針對“需要數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)4年不間斷工作”的“慧眼”來說，關(guān)機(jī)重啟就意味著數(shù)據(jù)中斷，太空信使的任務(wù)目標(biāo)就無法實(shí)現(xiàn)。
于是，科研人員給“慧眼”配了一名專屬的“太空信使”——數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)，它的主要功能是將硬X射線望遠(yuǎn)鏡搜集到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄系統(tǒng)或通過無線方式傳輸?shù)降孛娼邮照??！ ?/div>
我國硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星將在軌服役4年，這就意味著數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)也將在軌不間斷地工作4年。
太空中的強(qiáng)輻射對衛(wèi)星的敏感器件來說可是“致命殺手”。還有“單粒子翻轉(zhuǎn)”對衛(wèi)星芯片等產(chǎn)品的影響要復(fù)雜和艱難得多。
所謂單粒子翻轉(zhuǎn)，是指宇宙中單個(gè)高能粒子射入半導(dǎo)體器件靈敏區(qū)，使器件邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。許興說，衛(wèi)星和地面計(jì)算機(jī)一樣，數(shù)據(jù)均是采用二進(jìn)制的“0”“1”來存儲、傳輸和讀取。單粒子不定期來襲時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸分系統(tǒng)的某些器件一旦受到高能單粒子的撞擊，就會使存儲的“0”變成“1”，或者“1”變?yōu)?ldquo;0”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)嚴(yán)重錯(cuò)誤，重者會導(dǎo)致傳輸中斷，更別說正確解讀、實(shí)時(shí)傳輸天文數(shù)據(jù)了。
航天科技集團(tuán)五院設(shè)計(jì)師便將重要數(shù)據(jù)分別存儲3次，如果數(shù)據(jù)被高能單粒子這個(gè)“細(xì)菌”篡改，系統(tǒng)會根據(jù)另外兩個(gè)沒有被改變的數(shù)據(jù)，進(jìn)行自我修復(fù)。
多項(xiàng)熱控技術(shù)：
把大象放進(jìn)冰箱里需要幾步
從值守的位置來看，“慧眼”要在距離地面550千米的高度上運(yùn)行，屬于低軌運(yùn)行，也意味著這顆衛(wèi)星要遭受來自太陽、地球和月亮三方面的影響。
“慧眼”承載了中、高、低能望遠(yuǎn)鏡，這些靈敏的儀器設(shè)備需要在-60℃到-80℃的低溫下才能進(jìn)行可靠的工作，而且必須確保望遠(yuǎn)鏡不見太陽，“直射斜射都不行，以免輻射增溫，增加探測器的噪聲”。
這項(xiàng)工作有多難，科研人員打了一個(gè)形象的比方：把大象放進(jìn)冰箱里需要幾步？
打開冰箱，塞進(jìn)去，關(guān)上冰箱，這是一開始只有“高能”探測器的方案。但如今多了“中能”和“低能”的，就好比大象的不同部位，喜歡上了不同的溫度，就需要將整只大象同時(shí)放進(jìn)一個(gè)三開門的冰箱里。
想要讓“大象心情愉悅”，航天科技集團(tuán)五院專家告訴記者，科研人員不但運(yùn)用了多級隔熱措施保護(hù)控制漏熱、國內(nèi)技術(shù)數(shù)一數(shù)二的深冷熱管技術(shù)、梯度溫度加熱實(shí)現(xiàn)防污染控制等聽上去酷炫的“黑科技”，還很溫馨地給衛(wèi)星戴上了一頂“太陽帽”——遮陽板。
“有了這個(gè)遮陽板，陽光永遠(yuǎn)只能從遮陽板這一面過來”?？梢韵胂?，當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行到太陽和地球之間時(shí)，它的視場會受到較大限制。此外，這位專家還告訴記者，科研團(tuán)隊(duì)還采取主動和被動控溫相結(jié)合的方法，采取多極隔熱、深冷熱管技術(shù)以及優(yōu)化觀測狀態(tài)等手段，多管齊下，盡可能滿足衛(wèi)星中“乘客”即有效載荷的苛刻需求。
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