Zi 字媒體

▼與以往發射的衛星不同，硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」甫一亮相就得到國際廣泛的關注。這不僅因為它是第一顆X射線天文望遠鏡衛星，開闢了通過宇宙探索新窗口尋求物理科學突破的新紀元，更是因為它趕在美國NASA「超越愛因斯坦計劃」黑洞發現者之前上天，成為國際上發現黑洞的一大利器。正如美國「超越愛因斯坦計劃」新一代黑洞發現者候選項目EXIST首席科學家所說：「硬X射線調製望遠鏡衛星，將是今後這段時期中研究黑洞動力學過程獨一無二的，是X射線天文學發展史上的一座里程碑。」儘管，在「慧眼」之前，國際上已有7顆同類型衛星，但這並不妨礙人們對這位「太空新秀」寄予厚望。那麼這顆衛星究竟有何絕技，又是如何煉成的，今天進行揭秘。從外形和體格來看，「慧眼」衛星並不算大，只有2.5噸，不過能量卻不小。從工程和技術指標上講，這顆衛星在同類衛星中優勢非常明顯，其功能性能非常強，可對宇宙天體高能事件實現全天時、大範圍觀測。換句話說，「慧眼」進入太空后就會睜開明亮的大眼，無論白天還是黑夜，24小時分秒必爭，「狠狠地」盯著全宇宙，一刻也不停息地洞察著不為人知的黑洞或者是突然爆發的天文現象。細究「慧眼」即硬X射線調製望遠鏡衛星的名字，其中「調製」二字讓很多人不解。硬X射線調製衛星系統載荷分系統專家、中科院高能所研究員宋黎明說，這是科學家提出的一種原創性設計理念，用簡單成熟的硬體技術便可實現高分辨和高靈敏度硬X射線成像觀測。與歐美的編碼孔徑成像技術不同，「慧眼」採用的是直接解調方法反演成像技術。與複雜、昂貴的編碼孔徑成像系統相比，直接解調方法具有簡單準確的優勢。由於更充分地利用了數據中有關測量對象和測量儀器的信息，同樣的數據經「直接解調」方法可以得到比傳統方法好得多的反演結果，解析度高，同時噪音干擾被有效抑制，背景異常乾淨，可以極大提高探測定位的精度。數據傳輸：一場「沒有關機重啟」的直播作為一個全天時工作的天文觀測衛星，「慧眼」的數據傳輸系統被形象地稱為「24小時無間斷」且「沒有關機重啟」的直播。對一般衛星而言，對受到影響的衛星設備實施「關機重啟」，是「糾正錯誤」的一種被動選擇。不過，航天科技集團五院硬X射線調製望遠鏡衛星數據傳輸分系統技術負責人許興說，針對「需要數據傳輸分系統4年不間斷工作」的「慧眼」來說，關機重啟就意味著數據中斷，太空信使的任務目標就無法實現。於是，科研人員給「慧眼」配了一名專屬的「太空信使」——數據傳輸分系統，它的主要功能是將硬X射線望遠鏡搜集到的數據，實時傳輸到數據記錄系統或通過無線方式傳輸到地面接收站。它是一個忠誠、勤勞、專業的太空信使。硬X射線調製望遠鏡衛星將在軌服役4年。這4年裡，它將一刻無休地進行觀測，也意味著4年間衛星的數據傳輸分系統在軌不間斷工作，「這在其他衛星上從未有過」。太空中的強輻射對衛星的敏感器件來說可是「致命殺手」。研製人員在衛星容易受輻射影響的部位加厚防輻射包裹——類似孕期的准媽媽常穿著防輻射服，來保護腹中的寶寶一樣。當然，這一層威脅還較容易得到化解，但是免於「單粒子翻轉」對衛星晶元等產品的影響要複雜和艱難得多。所謂單粒子翻轉，是指宇宙中單個高能粒子射入半導體器件靈敏區，使器件邏輯狀態翻轉的現象。許興說，衛星和地面計算機一樣，數據均是採用二進位的「0」「1」來存儲、傳輸和讀取。單粒子不定期來襲時，數據傳輸分系統的某些器件一旦受到高能單粒子的撞擊，就會使存儲的「0」變成「1」，或者「1」變為「0」，導致數據嚴重錯誤，重者會導致傳輸中斷，更別說正確解讀、實時傳輸天文數據了。按照他的說法，衛星上的一台台產品就好比人體的一個個器官，太空輻射、粒子則像數不勝數的致病細菌，這些細菌時刻企圖侵蝕到「器官」內部，嚴重威脅著「器官」的健康。許興說，他所在的航天科技集團五院設計師便將重要數據分別存儲3次，也就是給1個數據做了兩個備份。如果數據被高能單粒子這個細菌篡改，系統會根據另外兩個沒有被改變的數據，進行自我修復。從值守的位置來看，「慧眼」要在距離地面550千米的高度上運行，屬於低軌運行，也意味著這顆衛星要遭受來自太陽、地球和月亮三方面的影響。「慧眼」衛星工程總師、航天科技集團五院研究員馬世俊說，「慧眼」承載了中、高、低能望遠鏡，這些靈敏的儀器設備需要在-60℃到-80℃的低溫下才能進行可靠的工作，而且必須確保望遠鏡不見太陽，「直射斜射都不行，以免輻射增溫，增加探測器的雜訊」。馬世俊說，這麼「冷」而且「挑剔」的工作環境要求，在所有衛星研製中還是頭一遭。航天科技集團五院專家告訴記者，科研人員不但運用了多級隔熱措施保護控制漏熱、國內技術數一數二的深冷熱管技術、梯度溫度加熱實現防污染控制等聽上去酷炫的「黑科技」，還很溫馨地給衛星戴上了一頂「太陽帽」——遮陽板。「有了這個遮陽板，陽光永遠只能從遮陽板這一面過來」。可以想象，當衛星運行到太陽和地球之間時，它的視場會受到較大限制。此外，這位專家還告訴記者，科研團隊還採取主動和被動控溫相結合的方法，採取多極隔熱、深冷熱管技術以及優化觀測狀態等手段，多管齊下，儘可能滿足衛星中「乘客」即有效載荷的苛刻需求。