透视宇宙的眼睛——“硬X射线调制望远镜”

中国“硬X射线调制望远镜”（Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT）天文卫星将是国际上已知计划中唯一一台既可以实现宽波段、高灵敏度X射线巡天成像,又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱的空间X射线天文观测设备。作为我国第1颗天文卫星,HXMT已被明确列入国家《“十一五”空间科学发展规划》和《航天发展“十一五”规划》。HXMT上天后,不仅将使我国的高能天体物理观测研究达到国际先进水平,还可为提升我国在深空探测等方面的能力作出重要贡献。     

HXMT的空间环境本底计算

硬X射线调制望远镜(HXMT)是一颗宽波段X射线(1～250 keV)天文卫星,其核心载荷高能X射线望远镜(HE)工作于硬X射线能区(20～250 keV),致力于实现硬X射线的高灵敏度巡天观测,描绘硬X射线天图,并对特殊天体作高灵敏度定点观测.为了获得高灵敏度,必须有效地抑制本底.本底主要是由轨道环境中的粒子(γ射线、质子、电子、中子)与探测器相互作用产生的.本文结合大量的描述近地空间本底的文献和最新的实测数据,整理出一套自洽的近地空间本底粒子的数据和公式,便于应用.并通过Geant 4软件模拟计算给出了HXMT的本底及本底随时间和轨道的变化.      

大科技

正中国首台空间X射线天文望远镜发射成功2017年6月15日11时,中国第一台空间X射线天文望远镜——硬X射线调制望远镜(HXMT)成功发射。这台望远镜被命名为"慧眼",是向高能物理领域杰出的女科学家、中国天体物理学奠基人之一何泽慧先生致敬,也饱含着HXMT团队对未来的期望——期望借助这只"慧眼",穿过星际迷尘的遮挡,去探寻那些深藏在宇宙深处的奥秘。"我们将用‘慧眼’对银河系进行非常详细的大天区扫描巡天,预期会发现一些新的黑洞活动,     

X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析,提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束;针对X射线观测的多需求、多约束难点,设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式,解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题,该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.     

基于LightGBM的HXMT在轨运行模式监测算法

HXMT卫星的空间硬X射线巡天和定点观测计划切换频繁,需要对卫星有效载荷在轨状态进行实时监测和判别.目前采用的是地面监测人员根据总结的规则进行人工监测的方式,虽然执行方便,可解释性强,但人力消耗较大,且对规则之外的情况无法灵活处理.本文利用HXMT卫星的实时遥测数据,提出一种基于LightGBM机器学习模型的在轨运行模式监测算法,将监测工作规约为多分类问题,并构建判别模型,对卫星在轨运行模式进行判断.在保障判别准确率的前提下,算法模型构建迅速,具有很高的实用性.基于真实遥测数据的试验表明,模型的判别准确率达到99.9%,满足在轨运行模式监测要求,可为HXMT卫星的运行监控任务提供参考依据.      

HXMT卫星长期任务规划算法

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首颗空间X射线天文卫星.为充分利用卫星资源,使科学产出最大化,需要进行长期任务规划.长期任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过分析HXMT观测特点和约束条件,建立了HXMT长期任务规划问题模型,并采用贪婪算法加遗传算法对模型进行求解.实例分析结果表明该方法能够有效解决HXMT长期任务规划问题.      

一种基于轻量化CNN的天文暂现源智能识别方法

天文暂现源携带了关于天体本质及演化过程的丰富信息,对暂现源进行探测与研究具有极为重要的科学价值。天文暂现源的辐射峰值大多在X射线或伽马射线,天基望远镜对这些高能波段的观测优势是地基望远镜无法比拟的,更适合于暂现源观测。但由于星载计算机的性能约束,很难实现依托于地面强大算力的复杂检测算法。针对以上问题,提出了基于轻量化卷积神经网络（CNN）模型的天基暂现源检测算法,并在嵌入式ARM平台上实现了模型部署。实验结果表明,本文提出的轻量化CNN暂现源检测算法的模型复杂度和计算量不及Deep Hits算法的1/4,准确率达到96.52%,可应用于星载有限算力平台,实现未来的天基暂现源实时检测。     

X级以上耀斑与地磁效应关系研究

统计研究了2010年1月至2012年12月期间所有与耀斑爆发相伴生的日冕物质抛射(CME) 引发的地磁暴事件. 结果表明, 对于CME源区其主要分布在日面 45°E-45°W, 占总数的78.95%, 且西半球比东半球多, 即源区位于西半球的CME易产生地磁效应; X级耀斑与地磁效应的关联性更高, 60.0%的 X级耀斑在其爆发后的2～3天内观测到地磁暴, 而其他级别的耀斑与地磁效应的关联性低得多, 均不足10%; 通过对此期间日面爆发的所有X级耀斑研究分析后发现, 对于源区位于日面东经45°E-45°W 的X级耀斑, 若在其爆发过程中没有大尺度日面扰动, 则无伴生CME且后续产生地磁效应的可能性很低. 由此提出一种通过分析日面观测数据进行地磁暴预报的方法.      

基于空间矢量天线的太阳低频射电爆发探测研究

目前已有空间探测器对太阳的甚低频射电爆发进行的探测主要是频谱观测,针对太阳低频射电爆发的成像观测仍然是空白,利用空间矢量天线可以对太阳低频射电爆发(包括Ⅱ型和Ⅲ型暴)进行空间定位和一定的成像观测.研究针对空间(甚)低频射电探测器对太阳射电爆发的探测,提出了利用三极子矢量天线对太阳爆发进行定位的算法;基于部分空间甚低频设...     

武汉上空中层顶大气重力波活动的钠层荧光激光雷达观测研究

从中国科学院武汉物理与数学研究所钠荧光激光雷达自1999年至今的观测数据中选取了分布于全年26天的数据进行重力波活动的分析研究.统计结果表明,武汉中层顶区的重力波活动非常频繁:26天总观测时间累计约为185.5 h,总共观测到124个重力波活动,平均发生频度为每小时0.7个波,且波的出现频度与地方时有一定关系.这些波的垂直波长主要分布在3-7km,垂直相速主要位于0.1-0.5 m/s.与国外报道的结果相比较,波长数值与分布较为一致,但相速明显较低.武汉中层顶区重力波活动的另一特点是多波过程很频繁,多、单波过程的出现比例约为3:2.利用钠层相对密度扰动时空图方法,给出了武汉中层顶区重力波传播和破碎现象的典型结果.还利用单色波模型对部分钠层数据进行了单色波相关参数的提取.      

A multiple type-II burst associated with a coronal transient and its MHD simulation

A large coronal transient took place on 8 May 1981. The transient was related to an M7.7/2B flare and was associated with at least two coronal type II bursts. The velocities of the type II bursts were in the range 1100–1800 kms^?1, in excess of the transient velocity of 500–1000 kms^?1. Two dimensional positions of the type II radio sources are available from both the Clark Lake and the Culgoora Radio Observatories. We carry out two dimensional MHD simulations of the event, taking into account the observed velocity, position, and size of the type II bursts. We simulate the multiple shocks observed during the event and their interaction, and discuss some results of the simulation.     

Hard X-Ray Modulation Telescope(HXMT) Mission

The HXMT mission concept consists of a slat-collimated hard X-ray detector assembly sensitive in 20～250 keV with a collection area of about 5000 cm2. Based on the reconstruction technique by direct demodulation developed in recent years, HXMT is mainly devoted to performing a hard X-ray all-sky imaging survey with both high sensitivity and high spatial resolution. It can also be used to make pointed observations of X-ray sources to study their spectroscopic and temporal properties in details. The main detector of HXMT consists of 18 individual cylindrical NaI(T1)/CsI(Na) phoswich modules, each with anarea of 283.5 cm2 and a field of view of 5.7°× 1.1° (FWHM). Its spatial resolution and position accuracy are 5′ and 1′ by using the direct demodulation in 1994, and in 2000 its feasibility and technical demonstration study was selected as a project under the Major State Basic Research Program of China. In October 2005, this project entered the full design phase and was listed as a candidate for the first dedicated astronomy satellite around 2010. We are now also considering secondary low energy instruments for this satellite.     

Status of the Hard X-ray Modulation Telescope Project

The Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) is China's first X-ray (1-250 keV) astronomical satellite officially approved in 2011. It will scan the Galactic plane to detect new transient sources and do pointed observations of X-ray sources to study their spectra and multiwavelength temporal properties. Now the flight model of the satellite is in the final testing stage, and the expected launch date is in late 2016.      

Techniques for fine gamma-ray burst spectroscopy

A better understanding of the origin of gamma-ray bursts requires a significant improvement in present detector sensitivity, particularly for fine line spectroscopy in the 5–200 keV energy range. This paper presents a critical analysis of some detectors which may be used to obtain high energy resolution measurements of photon spectra from cosmic gamma-ray burst sources.     

硬X射线调制望远镜(HXMT)天文卫星的结构分析

根据HXMT卫星的结构形式,建立卫星的有限元模型,进行静力、模态、频率响应计算,得出了最大纵向、最大横向过载联合作用下卫星各组成部分的最大应力值.对整星结构进行了模态计算和频率响应分析,得出了100Hz以内的模态频率值.结合理论分析和以往的设计经验,提出了对该卫星结构的合理改进建议.      

Status of the Hard X-ray Modulation Telescope Project

The Hard X-ray Modulation Telescope (HXMT) is China's first astronomical satellite. It will perform a broad band (1-250keV) scan survey and do pointed observations of X-ray sources to study their spectra and multi-wavelength temporal properties. The pre-flight models of the satellites have been finished, and the flight models are in production. The expected launch date of HXMT is in late 2015.      

High spectral resolution line profiles and images of comet Halley

High-spectral-resolution line profiles and images of comet Halley were obtained in 1986 at the National Solar Observatory McMath telescope, using a dual-etalon Fabry-Perot spectrometer. The spectrometer was designed to obtain data in four distinct modes: (1) high-resolution (R = 200,000) scanning, (2) high-resolution imaging, (3) moderate resolution (R = 30,000) scanning, and (4) moderate resolution imaging. This paper describes the instrument and some examples of data obtained in the high-resolution scanning mode.