电铸镍Wolter I型光学系统制造技术发展综述

摘要： 为满足未来脉冲星导航和空间天文观测任务对X射线望远镜的载荷需求，Wolter I光学系统的研制正逐渐成为新的研究热点，电铸镍方案是当前国内外X射线光学系统镜筒制造的主要技术方案.文章对电铸镍X射线光学系统制造工艺、国内外研制现状、未来应用需求进行了介绍和整理，梳理了电铸镍X射线光学系统研制遇到的关键技术和难点，提出了后续研究发展建议，以促进中国在 X射线脉冲星自主导航、空间探测领域的快速发展.     

理想导体表面电磁散射的高阶微扰解

针对经典微扰法（SPM）求解粗糙表面电磁散射特性存在的问题，提出了一种基于二维表面场的一阶和二阶展开近似高阶微扰算法。用该法计算了高阶表面场分量的全极化后向散射SPM解和二阶场分量对水平极化双站及后向散射系数的修正解。研究了不同粗糙度下掠入射时高阶SPM求解的双站散射系数，以及不同方位角下高阶场量的散射特性。通过对合成场的修正，解决了近掠入射条件下散射系数计算的误差。数值计算结果证明该算法有效。     

分形粗糙表面掠入射时的全极化指数计算

为分析经典解析法不能有效求解掠入射时粗糙表面的散射特性,用高阶微扰法计算了二维分形导体表面的后向散射系数。计算值与测量值的比较证明了高阶微扰法的有效性。对不同粗糙度下掠入射时全极化指数的研究,获得了不同入射条件下极化指数与掠入射角余切函数曲线的拟合和有效表达式,修正了前人的结论,并发现用高阶解析法可区分粗糙表面的类型。     

轻量化大面积嵌套聚焦型X射线望远镜

嵌套聚焦型X射线望远镜在脉冲星自主导航、X射线天文学等领域有广泛的应用需求。论文开展了紧凑型、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜的光学优化设计，成功探索出基于轻质平面玻璃的X射线掠入射反射镜热成型、镜面精密切割、嵌套同轴共焦装配等工艺流程，研制了一款轻量化、大面积、嵌套聚焦型X射线望远镜(NFXT)。NFXT镜面轴向长度300 mm，厚度0.3 mm，镜面溅射Ir金属膜，膜层厚度300 nm，镜面粗糙度优于0.3 nm(rms)。NFXT共计11层嵌套，每层圆周向等分3个扇区，内8层镜面为近似抛物面的锥形镜，外3层为抛物面镜，11层镜面同轴共焦装配。NFXT净几何面积175 cm²，有效探测面积130 cm²@1.5 keV，轴上视场聚焦光斑半径0.85 mm(EoE=50%)，包络尺寸(直径×高度)为200 mm×326 mm，能谱响应范围0.2～12 keV，后工作距1300 mm，重量4.25 kg。NFXT技术突破，为国内开展脉冲星导航试验验证，以及研制先进的X射线天文卫星提供关键技术支撑。