印度首顆天文觀測衛星即將升空

張嘉雷 （航天東方紅衛星有限公司）

印度首顆天文觀測衛星即將升空

張嘉雷 （航天東方紅衛星有限公司）

India’s First Astronomical Satellite Will Launch

印度計劃于2015年9月27日在印度薩迪什·達萬航天中心（Satish Dhawan Space Center）用印度“極軌衛星運載火箭”（PSLV）發射本國的首顆天文衛星—“天文學衛星”（AstroSat）。該衛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。該衛星的觀測譜段在X射線和紫外線譜段，這將為解決一些現代天文學的重大難題提供機會。

1　任務背景和目標

印度“天文學衛星”任務由來已久，印度曾于1996年3月21日發射了搭載X射線天文探測試驗裝置的印度遙感衛星－P3（IRS－P3）。該星在軌運行過程中，試驗取得了成功，印度空間研究組織（ISRO）于2004年宣布將發展成熟的專用天文衛星，即“天文學衛星”。多家機構參與了該衛星的研制工作，其中包括：塔塔基礎研究院、印度天體學研究所和拉曼研究所、印度天文與天體物理校際中心。“天文學衛星”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共同研發的。

該任務科學目標需要衛星具有以下能力：

1）多譜段觀測：鑒于銀河系內和銀河系外的光源類型不同，例如，動態銀河系核（AGN）、雙星系統、恒星爆發、星簇等，“天文學衛星”使用5種相互關聯的望遠鏡系統對從可見光譜段到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射特征。能量譜分布在0.3～100KeV，包含3臺關聯的X射線載荷。

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

“天文學衛星”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及銀河系外的物質進行形態天文學研究。

“天文學衛星”收攏狀態

2　衛星平臺

“天文學衛星”的平臺構型和設計與印度制圖衛星－2（Carto Sat－2）的基本相同，其功能包括：姿軌控、指令執行、星務數據遙測、敏感器數據處理和天線指向調整。

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

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

該衛星用X頻段數傳系統下傳有效載荷數據，數據實時傳輸碼速率105Mbit/s，存儲數據下傳碼速率210Mbit/s。

“天文學衛星”整星質量1650kg，包括868kg有效載荷，設計壽命5年。

3　衛星有效載荷

“天文學衛星”安裝了多種天文觀測的有效載荷。

“天文學衛星”展開狀態

紫外線成像望遠鏡（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（遠紫外譜段），180～300nm（近紫外譜段）和320～530nm（可見光譜段）。望遠鏡擁有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″。

紫外線成像望遠鏡照片

軟X射線成像望遠鏡（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射線成像望遠鏡設計圖

大面積氙比例計數器（LAXPC）。它用于對X射線進行計時和低分辨率觀測，該比例計數器具有多引線多層的構型，觀測視場角為1°×1°。該設備可觀測能量在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）。

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

巡天監視儀設計圖

帶電粒子監視器（CPM）。盡管“天文學衛星”傾角只有8°，但在部分時段內，依然會有每軌15～20min內飛行在南大西洋輻射區，該設備將負責監視衛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，從紫外線到光學以及低能、高能X射線波段同時對天空進行掃描。

4　結語

印度“天文學衛星”的發射將為印度天文學家提供有效的天文觀測數據，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星的國家。