日本天文-H卫星升空后不久失联

王存恩 （北京空间科技信息研究所）



日本天文-H卫星升空后不久失联

王存恩 （北京空间科技信息研究所）

2016年2月17日，日本用H-2A-30火箭在日本种子岛航天中心成功发射了天文-H（Astro-H，别名“瞳”）卫星。它是日本发射的第8颗X射线天文卫星，用于调查宇宙的形成与进化发展过程，研究隐藏在太空中的物理现象等。

然而，3月27日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）证实，3月26日他们无法获取该卫星的信号。4月8日，JAXA召开第二次新闻发布会指出，3月26日03：01，在调整卫星控制方向后不久，卫星控制系统异常，接着卫星呈翻滚状态，太阳电池翼无法供电。据推测，卫星翻滚很可能是由姿控发动机意外喷射所致，太阳电池翼和卫星尾部伸展式光学平台可能已经受损。但JAXA并未放弃，仍期待天文-H卫星像日本“隼鸟”小行星探测器一样，可逐渐降低转速，太阳电池翼能提供部分电能，卫星恢复稳态运行，完成部分飞行任务。

天文-H失联对科研来讲是一个巨大损失，因为这是日本迄今发射的最大、最先进的X射线天文卫星，同时具备软X射线摄像、硬X射线摄像、软X射线分光和软γ射线检测等4种功能，观测灵敏度较日本此前发射的天文-E2卫星提高了100倍。其卫星平台和结构也有独特之处。

1　项目背景

日本自20世纪70年代中期开始，就以日本宇宙航空研究开发机构下属的宇宙科学研究所（ISAS，原文部省宇宙科学研究所）为核心开始研发和应用以X射线天文卫星为主的天文卫星。1976-2005年，日本共发射了7颗X射线天文卫星，其中5颗发射成功，按预定计划执行了一系列观测任务，取得了不斐的成绩。如：利用天文-D于1993年4月5日成功捕获到了刚发现的M81银河系的超新星SN1993放射出的X射线；利用2005年发射的天文-E2卫星配备的软X射线望远镜（SXT）所进行的一系列观测活动，不仅大幅拓展了观测范围（从原来的软X射线拓展到软γ射线），而且发现了距地球较近（8000万光年）处的黑洞，对人类了解宇宙结构、掌握宇宙全貌、厘清宇宙进化发挥了重要作用。

方法3:通过观察把 ①和②直接相加恰好符合题意:NaNO3和NaNO2的物质的量之比恰好与原尾气中NO和NO2的物质的量之比相等。可知,可得:x=1.75。

日本在全面总结“天文”系列卫星开发经验的基础上，深入分析了存在的问题并寻找解决问题的办法，特别是高观测灵敏度有效载荷仪器的研发，并扩大对外合作范围，研发了天文-H卫星。宇宙科学研究所负责这颗卫星的设计，日本电气公司（NEC）为主承包商，联合日本国内20余家大学和研究机构，以及美国、英国、德国、法国、加拿大、荷兰等国外多家大学和研究机构共同研发卫星有效载荷仪器，使天文-H卫星同时具备软X射线分光、软X射线摄像检测、软γ射线检测和硬X射线摄像检测等4种功能，观测灵敏度较2005年发射的天文-E2卫星提高了100倍，有望取得更大的科学成果。

截至2005年日本成功发射的X射线天文卫星一览表

2　研制目的与意义

天文-H卫星质量2.4t，折叠高度8m，展开高度14m，功率3500W，设计寿命大于3年。卫星将运行在轨道高度约为550km、轨道倾角小于31°、轨道周期为96.2min的近圆轨道上。

天文-H上共搭载了硬X射线望远镜（HXT）、硬X射线摄像检测器（HXI）、软X射线分光检测器（SXS）、软X射线望远镜（SXT-S、I）、软X射线摄像检测器（SXI）、软γ射线检测器（SGD）等6种有效载荷仪器，分别构成硬X射线摄像系统、软X射线分光系统、软X射线摄像系统和软γ射线检测系统。

研制意义

研究、发射天文-H卫星具有重要的科学意义、深远的技术意义和重大的社会意义。

1）科学意义。①厘清大规模的宇宙结构和宇宙进化过程；②深刻理解宇宙的极限状态；③以多种方式寻找宇宙的非热能源；④探求暗物质等对银河系进化的作用。

卫星公用平台分系统由结构、电源、通信、推进、姿态控制、数据处理和热控分系统组成，采用4个斜装反作用飞轮的零动量三轴控制方式，确保姿态稳定和轨道控制精度，以实现精密观测，获取各种准确的观测数据；此外，还引进了模块化设计，着重解决了数据处理系统的标准化问题，可有效防止因不同生产厂家开发的接口不一致所带来的困扰。

时光飞逝，转眼间，研一上学期的教育研究方法已经在不知不觉中结课了。在考研期间虽然学习过教育研究方法这门课程，但是上课的时候才发现自己学的只是皮毛，根本不知道教育研究方法是什么，也没有意识到教育研究方法的重要性，这学期的课程才让我对教育研究方法有了深入的了解，并且真正重视起来。老师为了让我们更好的对教育研究方法有了解，经常在课上给我们推荐一些对我们学习有帮助的书目，在这些书目里，影响较大的当属林毅夫教授所写的《本体与常无：经济学方法论的对话》，这本书虽然是一本经济学著作，但是作者所写的一些研究经济学的方法也适用于研究教育学。

3　卫星概况

天文-H卫星全面继承了日本科学卫星，特别是天文卫星，包括电波天文观测卫星和红外天文卫星的设计和开发经验，以及积累的资产。其公用平台的关键仪器均采用冗余设计，有效载荷仪器与公用平台系统彼此独立；其空间通信链路网络采用了分散、高可靠性设计。

平台系统

司大愣子送我几块柿饼，讨好我，说：“我知道你跟别呦呦睡了，你跟我说说，别呦呦的身子是什么样子？她跟你在床上，都是怎么玩的？”

研制目的

2）技术意义。通过研制和发射天文-H及其后继星，可确立日本下一代天文观测卫星的基础体系结构：包括模块化技术、一体化控制管理、空间体系网络线、数据处理计算机、冷冻机、大规模和超大规模集成电路等，为完善天文卫星，推进其技术发展，满足今后多任务需求奠定坚实基础。

天文-H从发射到伸展式光学平台展开的外形组态

天文-H卫星

自1932年始，蒋介石发表了大量关于革命哲学的演讲及著述，如1932年5月发表的《自述研究革命哲学经过的阶段》、1934年6月发表的《十年来革命经过之回顾》、1935年9月发表的《国父遗教概要》等。蒋介石关于革命哲学的阐述，内容大致包含两个方面，一是在党内强调其是继承总理遗教的正宗，从而争夺党内正统，树立个人权威;二是打压异党，确立国民党在意识形态领域的主导性和排他性地位，在清理中共在意识形态领域影响的同时，也极力压制自由主义对国民党的异议。这一时期，蒋介石对党义的阐释和宣导大致有两个方向:一是侧重于内部的政训，统一党内意识形态;二是推动国民党意识形态的国家化，开展针对全民的意识形态教育。

3）社会意义。①国内方面，它可增强日本成为一流天文观测国家的自豪感；②国际方面，它能推进以日本为主导的国际合作计划；③在推进产业应用方面，日本拟将研究、开发和搭载在天文-H上的检测器用于医疗诊断领域，将航天用高水平的成像技术转移到民用产品研发，将掌握的宇宙物质结构分析技术用于各种物质结构的分析研究等。

天文-H是1颗具有世界上最高能量分辨率，可对从X射线到γ射线这一庞大的能量范围进行科学观测的天文观测卫星，也是1颗以彻底厘清宇宙动态进化，以及包括非热物质在内的各种物质的能量集中过程为主要目的的卫星。

其有效载荷设计要求主要包括：①有效载荷中的软X射线分光系统和软X射线摄像系统采用了一种固定式光学平台，其焦距为6m；②硬X射线摄像系统采用伸展式光学平台（EOB），展开后能确保硬X射线摄像所需的12m焦距；③伸展机构不是配置在望远镜一侧，而是配置在检测器一侧；④为实现制冷系统最佳化，采用液体氦与JT冷冻机并用的鲁棒式制冷系统。

有效载荷系统

（3）另有研究发现，水稻籽粒细胞中pH基本稳定，其原因是_______________________。

1）硬X射线望远镜。它采用日本拥有独立知识产权开发的首个硬X射线望远镜。它继承了天文-E2的轻量化（仅20kg）技术，质量仅为70～80kg，约是美国1999年7月发射的钱德拉X射线天文台（COX，1500kg）质量的1/20；这种硬X射线望远镜与软X射线望远镜的结构基本相同，采用日本拥有知识产权的纳米技术，其孔径为45cm，焦距12m。但其集光面积却非常大，远远大于通常天文卫星的10keV量级，可对高达80keV的硬X射线集光和摄像。而这一技术不仅完成了大量的地面试验，而且还在气球上完成了若干次搭载飞行试验，结果证明其性能稳定、可靠。

“不是这样的，当时的情形你又不是没看见，那女孩多神气呀？”我解释着，声音却渐渐低了。“等会练完，我还是要捡瓶子的，你就先回去吧。”秦风的声音很平静，我却来气了，于是忿忿地嚷：“干嘛？赶我走呀？如果需要用钱，跟我说一声就是。”

各种观测仪器在天文-H卫星上的具体位置

对天文-H有效载荷的基本要求和设计规格一览表

2）硬X射线摄像检测器。它继承了日本天文-E2卫星的低背景化技术，不仅采用了多段式结构，大幅度地提高了探测器的探测性能，还配备了拥有独立知识产权、采用宽频段的硅半导体和碲化镉化合物（Si/CdTe）作为摄像元件的相机，其焦距为12m、能够用强于5keV的“硬X射线”对天体进行观测，而且对硬X射线频段的检测效率非常高，试验结果证明可达10keV。

3）软X射线望远镜。它是以美国航空航天局（NASA）为主研制的，它采用一种与可见光望远镜的透镜完全相对应的X射线望远镜，但在机构上又与可见光望远镜所搭载的透镜有所不同：天文-H搭载的软X射线望远镜采用的是一种表面镀有一层薄薄黄金的圆筒形反射镜，超过1000枚的反射镜被加工成圆筒状且并排在同心圆内，其排列层数超过200层，从外形上看，酷似带有年轮状的西餐点心。望远镜的孔径为45cm，焦距为5.6m。采用这种结构的望远镜有一个显著的特点，即集聚X射线的功能很强，能够将12keV的X射线都集聚在一起。

软X射线望远镜

4）软X射线摄像检测器。它是采用日本国产最新、最高性能的CCD开发的新型检测器，采用4个大型X射线CCD并排排列的结构模式，使其成为一种视场非常宽（达35′）的X射线广角相机，配置在天文-H卫星的软X射线望远镜（SXT-I）的焦面内，不仅可对软X射线区段的天体视场范围内的物体进行X射线摄像，还可同时对其进行分光；其能量范围为0.3～12keV；冷冻机用的制冷剂可制冷至-120℃，可有效抑制放射线恶化。

5）软X射线分光检测器。它被誉为天文-H的瞳孔，由日本和美国共同研制，全面采用天文-E2卫星飞行过程中验证了的微热量计技术，其冷却系统采用了鲁棒设计，是一种可执行超精密分光观测的最尖端观测仪器，其主要特点是无论检测器的任何一个组成部分都配备有制冷器，温度传感器不仅能够测量出绝对零度（-273.15℃）左右的制冷温度，还能测量出X射线照射时微小的温度变化（上升值），能够以迄今所未有的高精度测量出X射线照射产生的能量。X射线区段的能量分辨率可达4～7keV。利用该软X射线分光摄像检测器，不仅能够以量子力学量级观测宇宙极限状态，还可以观测到唯有在X射线区段才能直接观测到的银河系高温气体的乱流，以及银河系的冲突。

高层建筑物沉降问题的发生主要可以归纳为两大因素：一是内部因素，包括建筑物自重、承受的荷载以及结构型式等；二是外部因素，包括工程地质、水文地质以及周边环境的影响等。因此，必须定期对高层建筑物进行沉降监测，切实掌握变形规律，预测变形趋势，从而采取有效的预防处理措施。

软X射线摄像检测器的结构

6）软γ射线检测器。它由日本进行初样设计，其核心部件是康普顿摄像机，采用叠层配置半导体检测器结构模式的γ射线检测器利用了康普顿摄像机的设计原理，使检测器的检测灵敏度得以大幅度地提高。尽管检测器没有配置望远镜，无法对天体进行精密摄像，但通过X射线能够捕获到高能的软X射线，进而搞清楚所出现的高能现象等。由于软γ射线检测器配备的是多层硅半导体和碲化镉化合物（Si/CdTe）康普顿相机，其视场非常窄，它利用康普顿运动学的理论来降低检测器的底色；利用康普顿散射来测定偏光；使其测能范围非常大，为10～600keV；能量分辨率则小于2keV@40keV。

祁首冰/本文编辑

Astro-H Satellite Launched