硬X射线调制望远镜卫星科学观测应用初步评价

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星已顺利在轨运行1年多,完成了核心科学目标观测。文章概述了HXMT卫星的观测情况,如顺利完成核心观测源和银道面扫描的观测;重点介绍在银道面扫描、黑洞和中子星双星时变与能谱分析、伽马射线暴探测及引力波电磁对应体研究、脉冲星观测及脉冲星导航试验等方面获得的初步成果。HXMT卫星与国外空间X射线望远镜卫星及国内外地面望远镜开展的联合观测,促进了HXMT卫星的标定工作。HXMT卫星在黑洞与中子星研究、伽马射线暴探测及银河系内新源与暴发源监测方面会发挥重要作用。     

硬X射线调制望远镜卫星低能望远镜设计与验证

低能望远镜是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星上重要的科学载荷之一。它主要包括3个低能探测器机箱和1个低能电控箱,探测器采用扫式电荷器件(SCD),同时拥有良好的能量分辨率和时间分辨率,抗堆积性能突出,适合强源的能谱和时变观测。结合解调方法,还可以进行扫描成像,胜任暂现源和暴发源的发现和观测任务。低能望远镜在轨运行结果表明:仪器各项性能正常,能够满足观测需求。     

脉冲星MCP探测器设计与在轨验证

X射线脉冲星导航技术为航天器真正意义上的自主导航提供了一种途径。针对该技术在轨验证问题,提出了基于微通道板(Micro-Channel Plate,MCP)的X射线脉冲星导航探测器系统的设计。系统主要由光子探头、高压配电器和综合控制器组成。光子探头采用MCP作为核心功能部件,用于X射线光子信号的接收和倍增放大。高压配电器为光子探头中MCP提供工作电压。综合控制器作为探测器的管理中心,对探测器进行综合管理。MCP探测器由硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星搭载。通过在轨测试,成功地获取了Crab脉冲星辐射脉冲轮廓,为X射线脉冲星导航技术的研究积累了经验。     

硬X射线调制望远镜卫星望远镜主支撑结构设计与验证

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星望远镜的主支撑结构,包括高精度上板、高强度支撑筒、可调节的支撑杆、高刚度中板及轻量化下板,可承载高能、中能和低能望远镜,具有质量小、精度高、精度稳定性好、散热好等特点。地面环境模拟试验和在轨验证结果表明:主支撑结构能够保证高能、中能和低能望远镜的指向一致,指向精度满足科学目标要求,从而证明了设计的合理性。     

硬X射线调制望远镜卫星高能望远镜设计与验证

高能望远镜是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的3台望远镜之一。其主要科学目标是在20～250keV能区进行巡天扫描,发现新的高能变源和已知源的新活动,同时监测伽马射线暴以及引力波暴电磁对应体。它的主探测器由18个直径为190mm的NaI(Tl)/CsI(Na)复合晶体探测器单体组成,具有5100cm2的几何面积,整体视场为5.7°×5.7°。高能望远镜在轨运行结果表明:探测器整体能量分辨率优于19%(在59.5keV时),时间分辨率和系统死时间优于6μs。     

硬X射线调制望远镜卫星系统设计与技术成就

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)卫星是中国第一颗大型X射线观测天文卫星,文章以HXMT卫星科学和观测需求为基础,提出了HXMT卫星系统设计思路和方案,包括观测需求的分析、轨道及卫星工作模式设计,以及卫星系统设计、分系统设计、卫星望远镜与卫星平台设计等结果,并介绍了卫星在轨评价及取得的技术成就,通过系统设计及优化,HXMT卫星具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力,以及拓展的200keV～3MeV能区伽马暴探测能力等优势,可为后续天文卫星的设计提供参考。     

XPNAV-1卫星先期发布数据的计时分析

本文处理了XPNAV-1先期公布的35组Crab脉冲星的观测数据，采用离散傅里叶变换(DFT)方法得到脉冲到达时刻(TOA)及其测量精度。利用英国Jordrell Bank发布的Crab脉冲星星历与美国JPL发布的DE200历表，得到的拟合前计时残差均方根(RMS)为1.14 μs，且不存在系统性趋势，从而验证了XPNAV-1观测数据的有效性。同时，得到了该观测数据时间段内Crab脉冲星的X射线和射电波段之间的零点相位差为0.04。本文还给出了建立脉冲轮廓时子相位间隔N的取值与计时残差的RMS之间的关系。     

硬X射线调制望远镜卫星中能望远镜设计与验证

中能望远镜是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的3台望远镜之一,主要功能是5～30keV能区的X射线巡天及定点观测。其设计综合采用了低漏电流Si-PIN探测器技术,低噪声、高灵敏专用集成电路(ASIC)技术,以及高精度准直器技术,实现了高能量分辨率与高时间分辨率的设计要求。中能望远镜在轨运行1年多,平均能量分辨率半高宽(FWHM)优于3keV(在17.8keV时),时间分辨率为256μs,表明其性能优于能量分辨率指标FWHM 3keV(在20keV时)、时间分辨率1ms的科学分析需求。     

硬X射线调制望远镜卫星总装设计与实现

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星有效载荷质量大、探测器数量多、地面存储和在轨工作环境要求高的特点,设计了HXMT卫星总装方案,提出了多种探测器电接口集成优化设计、望远镜外热流抑制总装设计、望远镜杂散光消除总装设计和望远镜总装全周期环境保障设计,并得到了研制实践验证。HXMT卫星在轨运行结果表明:总装设计合理可行,能满足望远镜的需求,可为我国后续空间X射线天文卫星的总装设计提供参考。     

基于多观测模式的科学卫星构型布局设计与验证

空间观测科学卫星一般会有多种观测模式,不同观测模式对卫星提出不同的构型布局需求。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨能够实现巡天、小天区、定点、伽马暴等4种主要观测模式。通过对卫星不同观测模式进行分析,得出各观测模式对构型布局设计需求,完成HXMT卫星适应多观测模式的构型布局设计。采用模块化、集成化的原理,设计服务舱+载荷舱的整星构型形式,以提高总装操作和测试的开敞性,实现并行研制;采用将望远镜背向安装在载荷舱顶板的布局方式,有效降低卫星平台对有效载荷的感生本底干扰,并屏蔽地球大气的反照本底;采用星敏感器与望远镜一体化安装布局,保证在轨望远镜光轴指向的确定精度;通过设置多维遮阳板,以减小定点和小天区扫描模式下对望远镜的空间外热流。     

硬X射线调制望远镜卫星总体方案及技术特点

概述了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的设计方案、各系统的组成及主要技术指标。总结了卫星的技术特点和解决方案,包括高能准直型X射线成像技术、X射线源定位技术、惯性空间定向下的多观测模式设计技术、无固定对地面的测控数传技术、适应载荷长期工作的自主安全设计等,实现了对长期惯性空间定向观测卫星的总体方案设计。     

XPNAV-1卫星实测数据处理与分析

为展示我国首颗脉冲星导航试验卫星XPNAV-1载荷实测数据的性能,采用与国外公布实测数据对比分析的方法,从观测数据计数统计、光子能量响应、计时性能三方面介绍了XPNAV-1卫星发布数据的性能。分析结果表明,我国自主研发的探测器观测结果与国外天文卫星载荷观测结果的一致性较好,未来进一步深入发展将有望应用于脉冲星导航。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级测试设计与实现

归纳了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的系统级测试特点,其中惯性空间动中探测与X射线望远镜性能测试为相对传统遥感卫星特有的测试需求。提出了适用于HXMT卫星系统级测试的动中探测姿态机动测试方案,通过设计GPS动态仿真模拟器和星地高精度时间统一实现姿态机动闭环测试系统;提出了X射线光管打靶测试方案,利用靶板上不同金属材料的荧光效应产生不同谱段特征的X射线,并对热试验罐内测试进行了针对性设计。整星测试结果表明:测试系统设计合理可行,有效验证了HXMT卫星各项功能、性能指标的正确性,可为后续空间射线探测科学卫星开展系统级测试设计提供参考。     

基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法

针对传统脉冲星导航方法在相位估计时依赖脉冲星信号轮廓,存在整周模糊及不确定星历参数引起的系统共模误差问题,提出基于相位差测量的脉冲星时间相对导航方法。该方法通过对脉冲星光子到达时间序列进行相位估计,以相邻时刻的相位差作为观测量,建立航天器位置增量与相位差的关系,采用广义卡尔曼滤波器处理系统噪声相关问题进行导航,可有效减小系统误差,实现脉冲星导航的应用。通过对导航系统初始定位方法、可观性分析,及基于罗西X射线时变探测器（RXTE）观测的Crab脉冲星的在轨实测数据试验分析,证明了该方法的自主性与可行性。最后,对基于相位差测量的脉冲星时间相对导航系统进行导航滤波仿真,试验结果表明,导航系统完全可观,噪声不累积,位置估计精度可满足实际应用。     

硬X射线调制望远镜卫星深冷热管设计及试验研究

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星低能探测器(CCD)的散热需求,开发了一种乙烷工质深冷槽道热管。在传热性能测试设备中,采用抽真空方式,对深冷热管的传热性能及最大热流密度进行试验。结果表明:所设计的乙烷工质深冷槽道热管在-80℃时最大传热能力不小于18W·m,热管最大传热温差3.2℃,满足低能探测器晶体的散热需求;深冷槽道热管设计过程中,应考虑气液剪切力对最大传热能力计算结果的影响。该设计可为其他工质深冷槽道热管的设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星地面科学应用部分设计与应用

根据硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星开展科学观测的需求,提出了地面应用系统科学应用部分的设计方案,包括总体架构、外部接口、功能组成及主要工作流程等。在轨测试阶段的测试结果分析与验证表明,科学应用部分工作正常,实现了有效载荷的在轨监测与参数调整、科学观测计划制定、数据产品生成与数据分析等功能,能为HXMT卫星的在轨正常运行及开展科学研究提供保障。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级自主功能设计与在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨长期连续观测、全天球任意姿态指向、观测目标频繁切换、观测载荷工作温度要求高等多任务、多约束的特点,使卫星的功能设计和传统卫星不同。为确保卫星好用、易用、安全、可靠,HXMT卫星从任务需求和特殊要求出发,以系统化、模块化的设计思路,遵循可交互性、可服务性、开放性的原则,设计了12种系统级在轨自主功能,其中9种为全新设计。卫星在轨运行结果表明:各项自主功能在轨应用效果良好,满足了用户对于卫星长期在轨运行高观测效率、高可靠、高自主、数据下传及时、使用简便灵活的需求。     

序言二

正硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星,是我国首颗根据中国科学家独特的创新理论研制的空间X射线天文卫星。HXMT卫星由国家国防科技工业局、财政部于2011年3月联合批复立项,由国家国防科技工业局民用航天科研和中国科学院战略性先导科技专项共同支持。中国空间技术研究院负责卫星抓总研制,中国科学院高能物理     

硬X射线调制望远镜卫星研制特点及项目管理实践

结合硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星工程与科学、工程与技术融合的研制特点,采取了创新的研制管理模式,运用项目管理理论,从流程、计划、物资、风险、产品保证、成本等各方面进行了系统策划和优化控制,通过研制过程管理实践,确保了HXMT卫星研制任务圆满完成;建立了由国家航天局、中国科学院及中国航天科技集团有限公司联合参与的空间科学项目实施模式,为我国研制更高级的空间科学卫星提供了宝贵的经验。     

一种复杂载荷任务的卫星数据信息链设计

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星用于实现宽能区X射线高灵敏度和空间分辨率巡天成像。针对HXMT卫星载荷种类多、工作状态多样、卫星数据信息传递实时性和同步性要求高的特点,分析了卫星数据信息链的基本过程,设计了卫星数据信息链系统。通过采取冗余设计、容错设计等方式,保证了数据信息传递的实时性和可靠性。地面测试和在轨运行结果表明:HXMT卫星数据信息链系统运行稳定,满足卫星使用需求。