SMILE卫星载荷宽视场软X射线成像仪设计与仿真

SMILE卫星载荷宽视场软X射线成像仪(Soft X-ray Imager,SXI)采用Angel型龙虾眼光学成像系统的设计方案,具有大视场,高分辨率质量轻的优点.本文中对宽视场软X射线成像仪进行初步设计,包括成像镜头支撑结构设计,可见光/极紫外滤光片的选取,镜头遮光罩和高能粒子屏蔽门设计.利用模拟仿真程序对成像仪的点扩散函数,有效面积以及灵敏度进行研究.该成像仪用于太阳风与地球磁层区域进行全景成像.

无谐波软X射线单色仪设计

能量在0.1～1keV范围的软X射线辐射在空间科学任务中具有重要应用.飞行前的辐射定标试验及地面辐射定标系统采用传统单色仪分光时,由于波长的整数倍关系带来的高次谐波污染问题非常严重.高次谐波在光束中的占比严重影响了软X射线探测仪器的定标数据精度.本文探讨了无谐波单极衍射技术在产生具有高单色性能的软X射线光束中的应用,基于单极衍射光栅技术实现软X射线无谐波单色仪设计.软X射线无谐波单色仪应用于空间辐射定标系统时能够将高次谐波占比抑制到0.3%以下,满足空间软X射线科学仪器高精度辐射定标试验对高次谐波抑制的要求.

微孔通道深宽比与曲率半径对龙虾眼光学系统成像的影响

在同一单色平行光源照射下研究微孔通道深度与宽度比值、球面曲率半径对观测视场、空间分辨率和光学灵敏度等成像指标的影响.结果表明:随着微孔通道深度与宽度比值的增加,空间角分辨能力逐渐变强,像面总光强逐渐变弱,在比值达到25∶1时,聚焦光线有效面积达到最大值;在同一微孔尺寸下,元件曲率半径的变化对空间角分辨率影响较小,更大的曲率半径有更大的有效面积,但同时要求更大的元件体积.

月基软X射线成像仪——对地球磁层的全景观测

文章提出以月球科研站为平台,配置一台具有宽视场和高分辨观测能力的软X射线成像仪——月基软X射线成像仪(LSXI),以实现对地球磁层的全景成像.LSXI是一种宽视场的软X射线望远镜,可以对太阳风电荷交换过程(SWCX)产生的软X射线进行动态成像,通过软X射线图像获取地球磁层边际与结构特性.地球磁层全景观测对于理解太阳风-磁层相互作用的物理过程至关重要.LSXI将首次通过对弓激波、磁鞘区、磁层顶和极尖区等区域的同时连续观测,监测太阳风作用下的空间天气演化过程.

基于宽视场软X射线成像仪模拟的磁层位形反演研究

成像技术的发展给天文学与空间物理学研究带来了很多重要的数据与信息.近年提出的宽视场软X射线成像仪(SXI),将通过对太阳风电荷交换过程中产生的软X射线成像,实现对地球磁层的全景观测.在这一背景下,如何基于观测得到的二维图像反演地球磁层的三维构形,是目前需要解决的一个重要问题.文章采用最近提出的切线拟合方法(TFA),验证了该方法基于SXI仪器模拟的单张软X射线光子计数图像反演磁层位形的有效性.结果表明,当SXI在典型的卫星轨道远地点观测时,在中等及以上太阳风数密度条件下,使用TFA方法可以较好地反演出磁层位形.太阳风的数密度越高图像信号越强,反演结果越稳定.当太阳风数密度较低时,则不能直接从SXI光子计数结果中估计出准确的磁层位形信息.在此情况下,反演前还应考虑对图像预处理.此外,当卫星处于日侧轨道时,TFA对位于向阳侧的磁层位形的反演结果较好.