微孔光学阵列长宽比对X射线聚焦性能的影响

微孔光学阵列聚焦镜头是实现X射线探测系统高探测效率、轻小型化的有效手段,近年来得到了深入研究。X射线探测系统通过测量脉冲星辐射的X射线光子的到达时间,重构脉冲轮廓来实现航天器导航。为了获得更精确的脉冲星信号,必须尽可能多地收集X射线光子,因此探测系统的聚焦性能是X射线探测系统的核心指标,也是微孔光学阵列主要的设计目标。文章根据脉冲星能谱的分布特点,分析了微孔光学阵列通道长宽比对X射线聚焦性能的影响,提出了针对不同脉冲星选取特定长宽比的方法,实现了不同的脉冲星能谱分布下最优的聚焦效率,为后续微孔光学阵列的研制和工程搭载提供了参考。基于这种方法,文章对Crab脉冲星的能谱分布进行了微孔光学阵列设计,设计结果显示,其聚焦性能得到明显提高。     

Theoretical modelling of X-ray fluorescence signals for different lunar compositions and dependence on solar activity

We present a forward modelling technique for calculating the surface X-ray spectra for a variety of lunar terrains. Our calculations considered variations in solar fluxes from solar quiescent condition to large flare activity (M1 flare), and expected elemental concentrations in the target, as well as yield, instrumental, and viewing geometry parameters for X-ray induced fluorescence from the lunar surface. Additionally, we present estimates of anticipated XRF signals from prominent K_α lines observable by a collimated 14 cm² X-ray detector from a 100 km lunar orbit with ∼20 km spatial resolution. Our results show that Mg, Al and Si characteristic K_α lines can be observed for all solar conditions. The Ca K_α lines line can be differentiated from a fixed background during more energetic solar conditions such as C1 and M1 flares, whereas Ti and Fe lines are identifiable only during C1 and M1 solar flare conditions for Apollo 12 site composition. Both the K_α X-ray intensity ratios of Mg/Si and Al/Si correlate well with concentration ratios of Mg/Si and Al/Si, respectively, for B1 and M1 solar conditions. The K_α X-ray intensity ratios of Fe/Si and Ca/Si correlates with concentration ratios of Fe/Si and Ca/Si, respectively, for M1 solar condition. In principle, the modelling technique outlined here can be used to determine absolute elemental abundances (Mg, Al, Si, Ca, Ti and Fe) from X-ray spectra measured during recent and future lunar missions.     

脉冲星导航的整周模糊度解算方法研究

脉冲相位是X射线脉冲星导航方法的基本观测量,在测量的脉冲相位与预报相位比对的过程中存在整周期模糊度问题．借鉴GPS载波相位模糊度的解算方法,提出了单差搜索法、最小二乘搜索法和模糊度函数法3种空间搜索方法用以解算脉冲星导航系统的整周模糊度,并针对地球卫星完全迷失的情况进行了搜索仿真验证．结果表明,这3种方法都能够准确地解算出整周模糊度,均可用于脉冲星导航系统的在轨解算．其中最小二乘搜索法的性能稳定,搜索速度快;模糊度函数法搜索速度慢,但适用于装配单X射线探测器的脉冲星导航系统．     

X射线脉冲星自主导航的光子到达时间转换

根据广义相对论的后牛顿近似时空理论, 在忽略太阳系天体自转和扁率的情况下, 详细推导出X射线脉冲星自主导航中, 光子到达观测航天器和太阳系质心的时间差值, 它是对现行公式的修正．导出了质心坐标时与航天器固有时的变换关系, 根据这一关系, 建议在脉冲星导航的工程设计中可以仿照GPS, 将航天器携带时钟作频率调整, 从而有利于工程计算.      

太阳硬X射线爆简单脉冲峰的理论模型

ＳＭＭ卫星上γ射线谱仪（ＧＲＳ）于１９８０年２月至１９８２年１２月间，观测到１０３个强硬Ｘ射线爆发。根据它们的时间轮廓图，发现其中的２４个事件含有变化幅度大，时间轮廓平滑的简单脉冲峰。２４个峰在５４－１００ｋｅＶ能道的统计结果显示，时间轮廓的上相斜率与下降相斜率具有较好的相关性，相关系数达０．８０，且上升相斜率略大于下降相斜率，平均值比值约为１．３７，为了定理比较，根据它们斜率的平均值构造成了一个     

H-450 X射线参考辐射质的研建及验证

根据PTB和ISO 4037-1:2019要求,关于高空气比释动能系列（H系列）X射线参考辐射质的推荐数据,外推得出H-450的附加过滤为6.24 mm Cu,第一半值层（HVL_1st）为(5.39~5.52)mm Cu,平均光子能量为(214.25~214.78)keV,剂量率为11.51 Gy/h（距离焦斑为1 m处,管电流为10 mA）。随后,使用PTW32005电离室作为测量器具,采用半值层法建立H-450 X射线参考辐射质,得出HVL_1st为5.37 mm Cu,第二半值层（HVL_2nd）为5.97 mm Cu,同质系数为0.9。最后,使用PTW30013次级标准电离室测量得出H-450 X射线参考辐射质下距离焦斑1 m,管电流为10 mA时的剂量率值为11.98 Gy/h,与理论值的相对误差为4.07 %。采用MCNP 5软件对H-450 X射线参考辐射质进行能谱模拟并计算得出其平均光子能量为200.4 keV。     

脉冲星导航试验卫星观测数据处理与分析

脉冲星导航试验卫星(X-ray Pulsar-based Navigation-1,XPNAV-1)的第一批观测数据公开发布,利用国际天文协会(International Astronomical Union,IAU)的标准基本天文程序库和喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)星历对数据进行处理,得到了35个光子到达太阳系质心时间序列的文件。基于历元折叠和已知的星历参数得到了35个脉冲积分轮廓,使用核回归法对轮廓进行了降噪处理,并分析了历元折叠时bin数对计时残差的影响。结果表明,观测数据有效,能够得到较好的脉冲积分轮廓,实现了对Crab星的观测,核回归算法有效改善了bin数对计时残差的影响,拟合前计时残差均方根约40 us。     

脉冲星导航的天体测量考虑

X射线脉冲星导航是基于X射线脉冲星观测,经过信号处理得到脉冲到达时刻序列,进而分析该时间序列提供导航相关信息的技术。为了分析脉冲星导航的可行性和依赖条件,从概念上描述了脉冲星的观测模型,并比较了射电脉冲星观测和X射线脉冲星观测数据处理过程;进而从天体测量的角度论述了脉冲星导航可行性的相关问题,主要包含观测量的获取、整周模糊度和应用范围3个问题。经分析可知:观测量的获取与观测者的速度有关,该速度可通过最大化观测轮廓法确定;对于深空和超深空导航,整周模糊度是首先需要解决的问题,脉冲星的位置精度也是需要考虑的因素。理论上X射线脉冲星导航可以应用于近地和深空探测。     

航空发动机球轴承剥落故障模式分析

为研究航空发动机球轴承的剥落故障模式,利用原子发射光谱技术、自动磨粒分析技术、铁谱技术及能谱分析技术对球 轴承加速等效试验滑油中磨粒的数量、大小、形貌及成分等信息进行分析。结果表明：金属颗粒污染物导致轴承出现初始疲劳剥 落;球轴承剥落的特征磨粒为滚动疲劳磨粒和球形磨粒,内衬套微动磨损的特征磨粒为铁的黑色氧化物和红色氧化铁磨粒;临近 轴承失效时,滑油中Fe元素质量分数由7.49×10 -6 增大至21.74×10 -6 ,特征磨粒数量也由48.9个/mL急剧增加至1433.8个/mL,且特 征磨粒直径主要分布在25～50 μm。金属颗粒污染物的存在使轴承承力内半圈滚道加速出现接触疲劳剥落,滚道剥落到一定程 度后,在轴向力、摩擦力及预紧力等综合作用下在内衬套与承力内半圈接触处发生微动磨损,进一步加剧了滚道的疲劳剥落,最终 导致球轴承失效。