我國「慧眼」衛星因引力波一夜成名，背後的這些「高能」光電技術功不可沒

（原標題：揭秘：我國首顆X射線天文衛星如何煉成）

來源：中國青年報

昨天的朋友圈，再次被引力波刷屏。

LIGO和Virgo首次發現雙中子星併合引力波，並發現該引力波事件的電磁對應體。

此次僅有4台X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到爆發天區，而我國剛上天試運行2個月的「慧眼」HXMT望遠鏡，就是其中之一，功不可沒。

硬X射線調製望遠鏡衛星。中科院高能所供圖

硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」是我國第一顆X射線天文望遠鏡衛星，開闢了通過宇宙探索新窗口尋求物理科學突破的新紀元。因為它趕在美國NASA「超越愛因斯坦計劃」黑洞發現者之前上天，也成為國際上發現黑洞的一大利器。

正如美國「超越愛因斯坦計劃」新一代黑洞發現者候選項目EXIST首席科學家所說：「中國硬X射線調製望遠鏡衛星，將是今後這段時期中研究黑洞動力學過程獨一無二的，是X射線天文學發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。

直接解調方法反演成像技術：

睜開大眼後便不再閉上

細究「慧眼」即硬X射線調製望遠鏡衛星的名字，其中「調製」二字讓很多人不解。硬X射線調製衛星系統載荷分系統專家、中科院高能所研究員宋黎明告訴記者，這是中國科學家提出的一種原創性設計理念，用簡單成熟的硬體技術便可實現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不同，「慧眼」採用的是直接解調方法反演成像技術。宋黎明說，與複雜、昂貴的編碼孔徑成像系統相比，直接解調方法具有簡單準確的優勢。由於更充分地利用了數據中有關測量對象和測量儀器的信息，同樣的數據經「直接解調」方法可以得到比傳統方法好得多的反演結果，解析度高，同時噪音干擾被有效抑制，背景異常乾淨，可以極大提高探測定位的精度。

他說，這些讓「慧眼」進入太空後就會睜開明亮的大眼，24小時分秒必爭，全天時觀測天文現象。

數據傳輸分系統：

一場「沒有關機重啟」的直播

針對「需要數據傳輸分系統4年不間斷工作」的「慧眼」來說，關機重啟就意味著數據中斷，太空信使的任務目標就無法實現。

於是，科研人員給「慧眼」配了一名專屬的「太空信使」——數據傳輸分系統，它的主要功能是將硬X射線望遠鏡搜集到的數據，實時傳輸到數據記錄系統或通過無線方式傳輸到地面接收站。

我國硬X射線調製望遠鏡衛星將在軌服役4年，這就意味著數據傳輸分系統也將在軌不間斷地工作4年。

太空中的強輻射對衛星的敏感器件來說可是「致命殺手」。還有「單粒子翻轉」對衛星晶元等產品的影響要複雜和艱難得多。

所謂單粒子翻轉，是指宇宙中單個高能粒子射入半導體器件靈敏區，使器件邏輯狀態翻轉的現象。許興說，衛星和地面計算機一樣，數據均是採用二進位的「0」「1」來存儲、傳輸和讀取。單粒子不定期來襲時，數據傳輸分系統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」變為「0」，導致數據嚴重錯誤，重者會導致傳輸中斷，更別說正確解讀、實時傳輸天文數據了。

航天科技集團五院設計師便將重要數據分別存儲3次，如果數據被高能單粒子這個「細菌」篡改，系統會根據另外兩個沒有被改變的數據，進行自我修復。

多項熱控技術：

把大象放進冰箱里需要幾步

從值守的位置來看，「慧眼」要在距離地面550千米的高度上運行，屬於低軌運行，也意味著這顆衛星要遭受來自太陽、地球和月亮三方面的影響。

「慧眼」承載了中、高、低能望遠鏡，這些靈敏的儀器設備需要在-60℃到-80℃的低溫下才能進行可靠的工作，而且必須確保望遠鏡不見太陽，「直射斜射都不行，以免輻射增溫，增加探測器的雜訊」。

這項工作有多難，科研人員打了一個形象的比方：把大象放進冰箱里需要幾步？

打開冰箱，塞進去，關上冰箱，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，就需要將整隻大象同時放進一個三開門的冰箱里。

想要讓「大象心情愉悅」，航天科技集團五院專家告訴記者，科研人員不但運用了多級隔熱措施保護控制漏熱、國內技術數一數二的深冷熱管技術、梯度溫度加熱實現防污染控制等聽上去酷炫的「黑科技」，還很溫馨地給衛星戴上了一頂「太陽帽」——遮陽板。

「有了這個遮陽板，陽光永遠只能從遮陽板這一面過來」。可以想像，當衛星運行到太陽和地球之間時，它的視場會受到較大限制。此外，這位專家還告訴記者，科研團隊還採取主動和被動控溫相結合的方法，採取多極隔熱、深冷熱管技術以及優化觀測狀態等手段，多管齊下，儘可能滿足衛星中「乘客」即有效載荷的苛刻需求。

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