HXMT:以Hard模式首秀中国空间天文探测—新闻—科学网

 
作者:倪思洁 周寻 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/6/15 11:47:39
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HXMT:以Hard模式首秀中国空间天文探测

 

玩过电子游戏的人都知道,游戏开头都会进行模式选择:“简单(Easy)?中等难度(Normal)?高难度(Hard)?”

作为中国第一颗天文台级别的空间天文探测卫星,硬X射线调制望远镜卫星(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT),无论是取名、立项,还是研制,都毅然地选择了“Hard模式”。

“绝对不能降低难度”

从一开场,硬X射线调制望远镜卫星的研制就被设置为“Hard模式”。

和应用卫星不同,空间科学探测作为前沿科学研究必须是“最超前的”,这样才能占据科学的制高点,才能在国际上拥有话语权。2016年,同样具备X射线探测功能的日本旗舰级天文卫星“瞳”在轨失控,日本科学家扼腕叹息道“我们错过了新科学”。面对着国外同领域激烈的竞争态势,HXMT的研制团队在和时间赛跑的同时,也必须不断的增加科学砝码。

2008年,立项遇到瓶颈。中国科学院院士何泽慧曾两次致信温家宝总理,呼吁关注HXMT项目,“HXMT项目是中国实现学科重大前沿跨越式发展的一个难得的机会,是抓住利用方法的原始创新在一个新领域取得突破的机会”。

从2011年正式立项到2017年发射,HXMT历时整整6年。这6年里,HXMT不断升级,“绝对不能降低难度,天文探测必须在国际上占据前沿位置。”参与卫星研制的一位年长的老师如是说。

为此,承担卫星抓总研制任务的航天科技集团五院总体部和承担科学目标提出、有效载荷研制的中科院高能物理研究所两只“国家队”付出了极其艰辛的努力。

主动增加难度砝码

卫星最早论证的时候,只有高能探测器和空间环境监测器两种有效载荷。为了先进性和创新性,卫星研制团队对卫星的总体设计方案进行了颠覆性的修改,对研制难度较大的控制、测控、数传、热控等分系统的技术方案也反复进行深入的技术研究和论证,在难度上主动增加的砝码。

如今,硬X射线调制望远镜卫星和同类卫星相比有了一个非常明显的优势——探测波段宽,利用高能、中能、低能三种探测器,实现了1—250千电子伏特(keV)的全覆盖,还可以扩展到3兆电子伏特(Mev)伽马暴探测。

以卫星的热控设计为例,为了保证有效载荷探测精度,必须将高能、中能、低能探测器均集中安装在同一个支撑结构上,但是三个有效载荷对温度的要求各异,指标要求最大相差达80多度。

这就好比要把大象放进冰箱里,而大象的不同部位却喜欢上了不同的温度。为了让“大象”“心情愉悦”,总体部在卫星热控设计不仅使出了“黑科技”——多级隔热措施、深冷热管技术、梯度温度加热技术等,还温馨地给卫星带上了一顶“太阳帽”——遮阳板。

硬X射线调制望远镜卫星虽然采用的是成熟的卫星平台,但是为了科学目标的实现卫星进行了大量个性化的定制。

“太难了,太难了”

研制团队里流传着这么一句话:“中能难,难于上青天。”

从原理样机走出实验室,到最后实现工程化的过程中,中能探测器元器件在苛刻的环境试验中屡次失效,“所有想到的、想不到的问题都出现了”。直到2016年初,中能探测器才完成了标定,一直都在让人揪心地和时间赛跑着。最终,中能X射线探测敏感器元件SI-PIN实现了全国产化,打破了国外在核心器件上的垄断。

有效载荷是一颗卫星的灵魂,硬X射线调制望远镜卫星的有效载荷凝结了国内众多科学家近30多年的心血,从理论到实验室再到工程实现,整个过程异常的艰难。令人欣慰的是在平台设计、姿态控制、温度控制设计方面,研究团队研制的多项技术都填补了国内空白,工程、科学、技术在这里得到了完美的融合。

困难面前,卫星平台和用户载荷两个研制单位紧密地结合在了一起,共同保证型号进度和卫星的质量。

曾经有人问试验队里的一位老专家:“假如一万个万一,卫星没有成功,还会有备份星吗?”

老专家回答:“没有了,就这一次这一颗星了。太难了,太难了。”

说者哽咽,听者红了眼眶。在Hard模式下成长起来的硬X射线调制望远镜卫星承载了太多人满满的情怀。

 
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