GECAM双星总体方案及关键技术

引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)是针对引力波天文学的重大研究机遇而提出的空间探测项目,将对引力波高能电磁对应体(也称引力波伽马暴)进行时间和空间上的完整监测.本文以卫星的科学和观测需求为基础,提出了GECAM卫星系统设计思路和方案,包括观测需求分析,卫星轨道、姿态及工作模式设计,各系统的组成及主要技术指标,也总结了卫星的技术特点和解决方案,包括双星全天视场暴发源定位技术、主平面对日卫星指向设计、基于北斗三号全球位置报告系统触发信息实时下传技术、低成本高可靠一体化设计电子学、高度集约化卫星电磁兼容设计.通过系统设计及优化,GECAM卫星星座具有全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和从X射线到伽马射线的宽能段覆盖,同时能够在轨触发定位并实时下传探测结果,满足科学研究对引力波高能电磁对应体的科学探测需求.

对流层雷暴在近地空间的高能辐射效应——地球伽马射线闪

对流层中的活跃雷暴通过其内部的闪电活动实现不同空间、时间尺度和强度的电荷传输,在雷暴上空的广阔空间中导致了多种形式的瞬态电磁效应.其中,云内闪电可通过其初始阶段的上行负极性先导产生具有较高电离性的硬X射线和伽马射线脉冲,形成地球伽马射线闪(Terrestrial Gamma-ray Flashes,TGFs).本文简要综述了过去十年来基于国外卫星平台的TGF研究进展,主要包括:(1)TGF通常由云闪初始阶段的上行负先导产生,且经常伴随峰值电流较大、脉冲电荷传输较强的云内放电过程(称之为云闪初始阶段的云内大脉冲过程);(2)基于TGF宽带射频信号的特征,可以发展出基于地面闪电信号测量的TGF遥感方法,从而提高TGF及其母体雷暴的可研究样本量;(3)关于TGF的产生机制,目前尚没有统一观点,存在热逃逸电子和相对论逃逸电子雪崩击穿两种主流理论,这主要是因为目前还无法对TGF源区进行有效的观测.相对于中高层放电现象(如红色精灵、巨型喷流、蓝色射流等),国内学者对于地球伽马射线闪的研究起步较晚,相关的观测和机理研究落后于欧美研究团队.得益于近年来中国空间探测技术的创新发展,尤其是"慧眼"-硬X射线调制望远镜卫星(Insight-HXMT)和引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)等项目的实施,在地基闪电探测技术持续发展的基础上,中国的研究团队有望在地球伽马射线闪研究领域取得一系列重要进展.