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。

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。

硬X射线调制望远镜卫星甚高精度星敏感器设计与在轨验证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的高精度姿态测量需求,研制了一种基于定制CCD图像传感器的甚高精度星敏感器。文章介绍了甚高精度星敏感器的总体设计,包括结构设计、电子学设计、光学设计、软件和算法设计等方面,并进行了甚高精度星敏感器的地面观星试验和在轨验证,结果表明:甚高精度星敏感器惯性姿态测量精度可达到亚角秒级,相比市场上常规星敏感器的测量精度3″～10″有了进一步的提高。

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。

硬X射线调制望远镜卫星数字伴飞系统设计与应用

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数字伴飞系统,具有与在轨卫星相同的运行策略和控制模型。卫星发射后,通过配置参数使地面虚拟空间中的数字孪生体卫星与现实空间中的实体卫星状态一致,可"镜像"卫星在轨状态。结合数字模型状态量丰富、可加速运行、可反复运行的特点,在数字孪生体上开展卫星状态判读、卫星控制参数优化、卫星任务方案迭代仿真,得到上注至实体卫星的飞控数据,完成了卫星的任务规划和性能改善。

硬X射线调制望远镜卫星在轨标定数据处理

为了完成对观测源的科学分析,需要对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星进行在轨标定。利用卫星上携带的标定放射源、探测器元素活化后产生的活化线、荧光线及有谱线辐射的天体源,对探测器的增益和能量分辨率进行标定;利用Crab脉冲星的能谱完成高能、中能和低能望远镜有效面积的标定。通过HXMT卫星与射电望远镜和伽马波段望远镜对Crab脉冲星的联合观测,对时间系统进行检验。从联合计时残差对比发现,HXMT卫星的时间系统计时准确,并且高能、中能和低能望远镜的绝对时间精度优于100μs。

硬X射线调制望远镜卫星1553B总线芯片RAM故障容错设计

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星总线控制器(BC)端和远程终端(RT)1553B总线芯片的使用特点,提出了一种针对性的容错设计。通过上注指令,触发计算机检测总线芯片随机存取存储器(RAM)区故障范围,并根据故障情况,使用RAM备份区域替换故障区域,从而使故障芯片恢复正常。在HXMT卫星及后续遥感卫星中,对此方法进行了软件实现和验证,结果表明:该方法可灵活便捷地处理多种总线芯片RAM区故障,避免了采用传统在轨维护方法给整星安全带来的风险。

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。

硬X射线调制望远镜卫星载荷数据存储系统设计与验证

针对X射线科学数据全天时、种类多、数据率变化大、更高准确性和可靠性的要求,研制了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数据存储系统(DSS),用于实现对有效载荷和卫星平台数据的接收、处理、记录、存储以及回放。文章在给出了数据存储系统功能需求分析的基础上,对工作模式灵活多样和在轨长期工作下的高可靠性存储这两个最主要特点的设计和验证情况进行了说明。通过软件注错、辐照试验,以及在轨长期连续运行结果表明:HXMT卫星的数据存储系统灵活性高、可靠性好、运行稳定,完全满足用户需求,对HXMT卫星科学目标的实现奠定了基础,可为后续航天器数据存储系统的设计和验证提供参考。

硬X射线调制望远镜卫星热设计及验证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星轨道外热流环境恶劣、变化极其复杂、多载荷一体结构安装布局的热设计难点,结合天文探测卫星的轨道与姿态特点给出了其外热流分析结果和典型极端工况的选取依据,全面总结了整个型号热控研制过程中以乙烷深冷热管技术为代表的被动低温热设计特点及经验,介绍了望远镜载荷复杂凹表面传热系统的试验模拟验证方法及经验,对整星及望远镜载荷热性能的在轨飞行验证进行了总结和评价。

空间硬X射线调制望远镜(HXMT)结构动力学分析

针对空间硬X射线调制望远镜的载荷条件 ,基于有限元分析软件ANSYS ,建立了望远镜机械结构的有限元实体模型 ,并进行了相应的分析 ,计算了望远镜的固有频率、模态 ,并计算了望远镜过载条件下的应力和应变 ,为进一步对HXMT结构的力学分析和结构设计奠定了基础。

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飞行程序设计及在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星飞行程序设计具有在轨使用模式复杂、载荷需求约束多、在轨工作状态多且多系统多组合耦合、在轨自主管理功能应用与飞行事件操作流程耦合等特点。卫星在轨测试内容多、约束多、耦合强,因此在飞行程序设计中重点开展了入轨段程序时序评估和改进,观测模式、自主功能的应用设计,在分析设计需求约束并提取能够有效覆盖验证全部正常功能和工作状态的系统组合形式基础上,进行飞行事件编排优化。HXMT卫星在轨验证结果表明:卫星在轨运行良好,各飞行事件有序开展,飞行程序设计合理有效。

空间硬X射线调制望远镜(HXMT)结构设计与研究

基于空间硬X射线调制望远镜 (HXMT)的科学目标和各子系统的技术要求 ,提出了一种可靠的结构方案并对方案进行了详细的介绍。利用有限元分析软件ANSYS对方案中的探测器模块的安装方式进行了模态分析和计算 ,综合比较了下托板对探测器模块动态特性的影响 。

硬X射线调制望远镜卫星可靠性安全性设计与保证

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星多载荷、高难度、高复杂度的特点,如何确保卫星在轨的安全并可靠完成在轨科学探测任务,是卫星研制过程中必须解决的问题之一。文章在梳理卫星可靠性、安全性保证工作重点的基础上,从卫星平台继承性产品的可靠性保证、面向复杂多载荷探测目标实现的可靠性安全性设计保证,以及整星贮存可靠性保证等三个方面,介绍了HXMT卫星可靠性安全性设计与保证的各项措施,可为后续相似卫星的研制提供参考。