張嘉雷 （航天東方紅衛(wèi)星有限公司）

印度首顆天文觀測衛(wèi)星即將升空

張嘉雷 （航天東方紅衛(wèi)星有限公司）

India’s First Astronomical Satellite Will Launch

印度計劃于2015年9月27日在印度薩迪什·達(dá)萬航天中心（Satish Dhawan Space Center）用印度“極軌衛(wèi)星運(yùn)載火箭”（PSLV）發(fā)射本國的首顆天文衛(wèi)星—“天文學(xué)衛(wèi)星”（AstroSat）。該衛(wèi)星將飛行在近赤道軌道上，軌道高度650km，傾角8°，軌道周期97min，選擇這樣一條軌道的主要目的是回避南大西洋輻射異常區(qū)。該衛(wèi)星的觀測譜段在X射線和紫外線譜段，這將為解決一些現(xiàn)代天文學(xué)的重大難題提供機(jī)會。

1　任務(wù)背景和目標(biāo)

印度“天文學(xué)衛(wèi)星”任務(wù)由來已久，印度曾于1996年3月21日發(fā)射了搭載X射線天文探測試驗裝置的印度遙感衛(wèi)星－P3（IRS－P3）。該星在軌運(yùn)行過程中，試驗取得了成功，印度空間研究組織（ISRO）于2004年宣布將發(fā)展成熟的專用天文衛(wèi)星，即“天文學(xué)衛(wèi)星”。多家機(jī)構(gòu)參與了該衛(wèi)星的研制工作，其中包括：塔塔基礎(chǔ)研究院、印度天體學(xué)研究所和拉曼研究所、印度天文與天體物理校際中心?！疤煳膶W(xué)衛(wèi)星”載有6個有效載荷，其中2個有效載荷是由加拿大航空航天局和英國萊切斯特大學(xué)共同研發(fā)的。

該任務(wù)科學(xué)目標(biāo)需要衛(wèi)星具有以下能力：

1）多譜段觀測：鑒于銀河系內(nèi)和銀河系外的光源類型不同，例如，動態(tài)銀河系核（AGN）、雙星系統(tǒng)、恒星爆發(fā)、星簇等，“天文學(xué)衛(wèi)星”使用5種相互關(guān)聯(lián)的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對從可見光譜段到X射線譜段視線同步觀測。

2）寬波段X射線譜測量：測量中等能級分辨率的吸收和發(fā)射特征。能量譜分布在0.3～100KeV，包含3臺關(guān)聯(lián)的X射線載荷。

3）高時間分辨率研究：對X射線雙星系統(tǒng)發(fā)出的周期性、非周期性，甚至混亂不堪的X射線輻射情況進(jìn)行觀測。研究脈沖的演化和軌道的周期。

“天文學(xué)衛(wèi)星”被期望用于對高分辨率X射線源成像，這些成果可能將用于對銀河系內(nèi)及銀河系外的物質(zhì)進(jìn)行形態(tài)天文學(xué)研究。

“天文學(xué)衛(wèi)星”收攏狀態(tài)

2　衛(wèi)星平臺

“天文學(xué)衛(wèi)星”的平臺構(gòu)型和設(shè)計與印度制圖衛(wèi)星－2（Carto Sat－2）的基本相同，其功能包括：姿軌控、指令執(zhí)行、星務(wù)數(shù)據(jù)遙測、敏感器數(shù)據(jù)處理和天線指向調(diào)整。

衛(wèi)星的電源系統(tǒng)包含兩副展開式太陽電池陣翼，可進(jìn)行單軸轉(zhuǎn)向調(diào)整，在軌飛行過程中，當(dāng)衛(wèi)星不處于星蝕（衛(wèi)星被地球或其他天體遮擋）情況下，太陽電池翼將正對太陽，以最大能力產(chǎn)生電能，電源系統(tǒng)的功率為1250W，其中有效載荷功耗488W。

它采用三軸穩(wěn)定控制模式。其姿態(tài)敏感器包括2臺星敏感器和3臺陀螺，可提供1″的姿態(tài)敏感精度。姿態(tài)控制部件包括動量輪和用于給動量輪卸載的磁力矩器。衛(wèi)星的姿態(tài)指向控制能力優(yōu)于0.05°，姿態(tài)漂移率小于0.2″/s。

該衛(wèi)星用X頻段數(shù)傳系統(tǒng)下傳有效載荷數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)實時傳輸碼速率105Mbit/s，存儲數(shù)據(jù)下傳碼速率210Mbit/s。

“天文學(xué)衛(wèi)星”整星質(zhì)量1650kg，包括868kg有效載荷，設(shè)計壽命5年。

3　衛(wèi)星有效載荷

“天文學(xué)衛(wèi)星”安裝了多種天文觀測的有效載荷。

“天文學(xué)衛(wèi)星”展開狀態(tài)

紫外線成像望遠(yuǎn)鏡（UVIT）。它是由印度空間研究組織與加拿大航天局（CSA）合作研制，該載荷的觀測譜段分為3個，分別為130～180nm（遠(yuǎn)紫外譜段），180～300nm（近紫外譜段）和320～530nm（可見光譜段）。望遠(yuǎn)鏡擁有28°的圓錐視場，紫外譜段角分辨率1.8″，可見光譜段角分辨率為2.0″。

紫外線成像望遠(yuǎn)鏡照片

軟X射線成像望遠(yuǎn)鏡（SXT）。它主要觀測能量在0.3～8.0keV之間的軟X射線譜段。該望遠(yuǎn)鏡焦距2000mm，視場角41.3′×41.3′，焦平面裝有600×600像元面陣探測器。

軟X射線成像望遠(yuǎn)鏡設(shè)計圖

大面積氙比例計數(shù)器（LAXPC）。它用于對X射線進(jìn)行計時和低分辨率觀測，該比例計數(shù)器具有多引線多層的構(gòu)型，觀測視場角為1°×1°。該設(shè)備可觀測能量在3～80keV之間的X射線譜段。

大面積氙比例計數(shù)器照片

碲鉻鋅掩碼掩膜成像儀（C Z T I）。它由1000cm2的碲鉻鋅探測器像元組成，這些探測器具有良好的探測效率，對上至100keV能量的光子具有100%的探測效率，并且具有良好的能量譜分辨率。單個探測器尺寸為2.4×2.4mm（厚度5mm），視場角為6°×6°（10～100keV）/17°×17°（大于100keV）。

巡天監(jiān)視儀（SSM）。它由3臺位置感應(yīng)比例計數(shù)器組成，每臺計數(shù)器構(gòu)成對一個維度的探測，該設(shè)備非常類似于美國航空航天局（NASA）的RXTE衛(wèi)星上的全天監(jiān)視器（ASM），設(shè)備觀測能量在2 ～10keV之間的譜段，視場角10°×90°，角分辨率10′。

巡天監(jiān)視儀設(shè)計圖

帶電粒子監(jiān)視器（CPM）。盡管“天文學(xué)衛(wèi)星”傾角只有8°，但在部分時段內(nèi)，依然會有每軌15～20min內(nèi)飛行在南大西洋輻射區(qū)，該設(shè)備將負(fù)責(zé)監(jiān)視衛(wèi)星受到帶電粒子輻射的情況。

這些有效載荷可在較廣的光譜范圍內(nèi)，從紫外線到光學(xué)以及低能、高能X射線波段同時對天空進(jìn)行掃描。

4　結(jié)語

印度“天文學(xué)衛(wèi)星”的發(fā)射將為印度天文學(xué)家提供有效的天文觀測數(shù)據(jù)，并將提升印度航天的國際地位，使其成為繼美國、歐洲、俄羅斯、日本之后又一擁有天文衛(wèi)星的國家。