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增强型X射线时变与偏振探测卫星(eXTP):2024-2025年左右发射升空

http://www.isdc.unige.ch/extp/


增强型X射线时变与偏振天文台(eXTP)科学研讨会在罗马召开

2017-02-16|文章来源:科研处 

  2月6日至8日,增强型X射线时变与偏振天文台(eXTP)科学研讨会在意大利国家研究委员会总部召开。来自意大利、法国、荷兰、西班牙、英国、瑞士、中国等23个国家200多人参会,中国代表54人分别自国家航天局,清华大学,北京大学,同济大学,中国空间技术研究院,中科院高能物理研究所、国家天文台等17个单位。

  会上,来自意大利空间局(ASI)局长的Roberto Battiston、中国国家航天局(CNSA)系统工程司副司长赵坚、欧空局(ESA)科学部科学支持办公室主任Arvind Parmar分别致辞。Roberto Battiston代表意大利空间局对各国与会代表表示欢迎,他高度赞扬了中意空间科学国际合作的进展,对eXTP项目的科学意义和国际领先性给予了充分肯定,表达了意大利空间局支持并参加eXTP项目的意愿。

  赵坚在致辞中重点阐述以下三方面内容:一是中国政府高度重视空间科学,二是中国政府高度重视国际合作,三是中方愿意和各国共同推动eXTP项目的立项和实施。赵坚表示,eXTP项目是继HXMT卫星之后中国发起和领导的大型X射线天文卫星,将成为2025年左右国际领先的空间X射线天文台,是空间科学的亮点,中国国家航天局将和欧空局以及各国航天机构共同努力,把eXTP打造成为21世纪空间科学卫星国际合作的典范。

  Arvind Parmar介绍了欧空局的空间科学项目和未来计划,重点是与中国的合作,他表达了对eXTP项目的科学意义和先进性的肯定,以及欧空局进一步加强和扩大与中国开展空间科学合作的意愿。

  本次会议共组织了专题报告66个,其中10个围绕eXTP项目,56个围绕eXTP相关的科学目标。会议认为:eXTP具有领先的科学能力,具有探索性的科学发现空间,它能够探索多个基础物理的问题,如中子星的状态方程、强引力、量子电动力学的真空双折射、暗物质的轴子模型检验等;它是一个大型天文台,能够回答从小至恒星、大到星系团尺度的几十个天体物理问题。按照中国国家航天局提出的计划,eXTP将于2024-2025年左右完成研制并发射升空。

Roberto Battiston、赵坚、Arvind Parmar、张双南


在HXMT科学载荷的诞生地——中国科学院高能物理研究所,我国下一代的大型空间X射线天文卫星——eXTP卫星——也正在孕育着,一旦国家召唤,即可破茧而出。作为空间科学规划“天体号脉”计划的项目之一,eXTP将成为针对黑洞和中子星物理等前沿重大科学问题综合性能指标国际领先的空间X射线天文台。

         增强型X射线时变与偏振探测卫星(enhanced X-ray Timing and Polarization satellite,简称eXTP)是在我国提出的X射线时变与偏振探测卫星(XTP)和欧洲提出的大型X射线时变天文台(Large Observatory For X-ray Timing,简称LOFT)的基础上,优化合并提出的下一代大型X射线天文卫星项目。

        eXTP的核心科学目标是基于对一奇(黑洞)和二星(中子星和夸克星)的观测,在三极端(极端引力、磁场、密度)的物理条件下检验和发展宇宙基本物理规律,比如通过测量黑洞自旋和黑洞附近极强引力场中的时空扭曲检验广义相对论,通过测量极强磁场中的量子临界磁场的效应验证量子电动力学,通过确定中子星内部极高密度物质的状态方程发展量子色动力学以及寻找夸克星等等。

        eXTP的观测特点是对黑洞视界附近和中子星/夸克星表面附近的X射线信号同时进行能谱、时变和偏振的测量,可以掌握能量释放机制、释放过程中物质的运动、辐射区的几何构型等多方面信息,从而全面理解辐射区的性质,推断黑洞和中子星/夸克星的性质。

        与HXMT卫星全准直型载荷不同,eXTP将以聚焦载荷为主,利用嵌套式聚焦光学望远镜阵列汇聚并探测X射线光子,加上先进的超大面积准直型X射线望远镜,预期实现有效探测面积共约4 [email protected] keV、能量分辨率<180 [email protected] keV的高性能半导体探测器阵列,从而实现对极端物理条件下的黑洞、中子星/夸克星等天体的高能量分辨率和高时间分辨率的联合观测,并利用新型气体探测器开拓高灵敏度X射线偏振探测的新窗口。

         同时,由于配备了具有3.2 个立体角视场和好于1角分定位精度的X射线广角望远镜,eXTP卫星也可以应用于伽玛射线暴的监测和引力波电磁对应体的探测。当eLIGO等地面设施探测到引力波信号时,eXTP将具备较大的概率捕捉到引力波伴随的电磁辐射并给出其精确位置信息,从而加深对人们引力波的认识。

从XTP到eXTP

         XTP项目概念由中国科学院高能物理所在2007年提出,后列入我国空间科学中长期发展规划中的“天体号脉”计划。“天体号脉”计划主要是通过对天体辐射的时变特性的观测,研究发生在黑洞和中子星等高能天体上的各种物理过程,犹如大夫通过脉象诊断人的健康状况。

         在中国科学院的支持下,XTP先后完成了预先研究和背景型号研究,完成了科学目标优化、科学仪器配置方案和卫星平台初步设计研究工作,攻克了包括热弯玻璃聚焦光学、气体偏振探测器、硅半导体X射线探测器和低噪声电子学在内的多项关键技术,研制出性能指标满足设计要求的原理样机,具备了立项实施的科学和技术条件。期间,XTP团队主动寻求与国际科学家和仪器团队的合作,形成了由中国发起并领导,欧洲多国参加并贡献科学仪器的增强型XTP项目概念,即eXTP。

        eXTP卫星计划于2020年-2025年之间发射上天,设计轨道高度550公里,预期寿命5-10年,将成为同期国际最领先的空间X射线天文台。

XTP背景型号研究课题顺利通过结题验收评审

2016-06-03|文章来源:科研计划处 粒子天体物理中心

   5月30日,中科院国家空间科学中心在中科院高能所组织召开了空间科学先导专项卫星背景型号研究项目X射线时变与偏振探测卫星(XTP)背景型号研究课题的结题验收评审会。评审组由来自航天科技集团公司科技委五院、航天东方红卫星有限公司,清华大学,北京理工大学,科技部科技经费监管服务中心,中科院国家天文台、军工项目监理部、微小卫星创新研究院、国家空间科学中心和高能所的13位专家组成,航天科技集团公司科技委副主任郭宝柱研究员担任评审组组长,国家空间科学中心综合论证处人员及课题组20多名参研人员参加会议。 

  会议听取了课题组作的课题执行情况验收总结报告,课题技术研制总结报告以及技术成熟度自评报告,经过质询与讨论,验收评审组认为:课题组凝练和深化了XTP“一奇二星三极端”的科学目标,凸显出XTP在科学上的重要性,为实现科学目标所提出的有效载荷配置方案既具有国际先进性,又基于我国现有和国外合作单位的基础,将成为在X射线天文领域受国际同行高度认可的大型观测设备;课题的总体方案研究、科学目标研究、各有效载荷关键技术攻关和原理样机的研制以及卫星总体方案研究都按照任务书的要求完成了相关任务,验收文档资料齐全,经费使用基本合理,评审组同意该课题通过结题验收评审。评审组还对XTP卫星和载荷进行了综合技术成熟度评价。XTP项目下一步工作的重点是提高热弯玻璃聚焦光学的角分辨率指标,并积极申请工程立项。 

  XTP卫星概念由高能所在2007年提出,后在2009年获得院空间科学预先研究项目的支持,2011年被遴选为中科院空间科学先导专项卫星背景型号(第一批)四个研究项目之一。2012年7月,“X射线时变与偏振探测卫星(XTP)”背景型号研究通过开题评审,2014年4月,通过中期评估。通过背景型号的研究XTP卫星完成了科学目标凝练,确定了有效载荷配置方案,完成了卫星初步方案设计,攻克了关键技术,完成了卫星工程可行性论证,为后期工程立项奠定了坚实的基础。


X射线时变与偏振探测卫星(XTP)顺利通过背景型号结题验收评审

2016-06-02

  5月30日,空间科学先导专项背景型号项目“X射线时变与偏振探测卫星(XTP)”课题结题验收评审会在北京召开。来自清华大学、北京理工大学、中国科学技术大学、航天科技集团公司科技委、中国空间技术研究院、航天东方红卫星有限公司、科技部科技经费监管服务中心,中国科学院微小卫星创新研究院、军工项目监理部、国家天文台、高能物理研究所、国家空间科学中心等单位的专家和代表参加了评审会。

  在听取了课题组关于XTP背景型号技术研制总结报告和技术成熟度自评报告等的汇报、现场考察了XTP课题研制的有效载荷原理样机后,评审组认为,XTP课题组凝练和深化了“一奇二星三极端”的科学目标,利用蒙特卡洛模拟的方法量化分析了XTP在黑洞及极端引力、中子星及极端密度、超磁星及极端磁场等条件下的物理规律和偏振观测新窗口等方面的能力和可能得到的精度,凸显出XTP在科学上的重要性;为实现科学目标所提出的有效载荷配置方案既具有国际先进性,又基于我国现有和国外合作单位的基础,将成为在X射线天文领域一套国际同行高度认可的大型观测设备;课题组完成了有效载荷关键技术攻关和原理样机/样件的研制。

  空间科学背景型号项目是空间科学先导专项所部署的项目之一,在“十二五”期间分两批遴选部署了8个课题,并将在2016年上半年全部完成结题验收。截止目前,磁层-电离层-热层耦合小卫星星座探测计划(MIT)、系外类地行星探测卫星(STEP)、全球水循环观测卫星(WCOM)、先进天基太阳天文台(ASO-S)、爱因斯坦探针(EP)和XTP均完成了结题验收。(供稿:论证处)


评审专家现场考察XTP课题研制的有效载荷原理样机

XTP课题结题验收评审会现场

同济大学研制成功国内首台高能X射线聚焦望远镜原理样机为我国探索黑洞、中子星等天体物质的存在状态提供了新的观测手段

        我国在上世纪70至80年代也曾展开过 X 射线 聚焦成像望远镜研制,著名的蒋筑英就是这方面的专 家。2010 年,由中国科学院牵头实施空间科学的“先导 专项”作为国家重大科研专项列入“十二五”规划,其支 持的课题名称为“ X 射线时变与偏振探测卫星(XTP) 背景型号研究”,我校承担其中的“高能 X 射线聚焦技 术研究”。“我们承担的是第二代X射线望远镜”,王占山介绍,第一代将于今年年底上天,名叫“硬 X 射线调 制解调望远镜”,它上天后,捕捉的是那些特定短波段 的电子波,调制解调后成像,科学家对此进行分析,捕 捉特殊物质的存在信息,“这是没有光学系统的望远 镜”。

  “我们研制的属于第二代,是有光学系统的了”,王占山说,研制的核心科学目标是通过对一奇(黑洞)和 二星(普通中子星和磁星)的观测理解三极端(极端引 力、磁场、密度/能量)条件下的极端物理规律。望远镜 上天之后我们便可以将目光对准目标区域,实现对极 端物理条件下的黑洞、中子星等天体的高能量分辨率 和高时间分辨率的联合观测。王占山为我“扫盲”:当光 等可见物质被黑洞等吸进去时,其过程中会放出很多光, X 射线就是其中之一,我们的望远镜对准这些目标 区域捕捉 X 射线,然后做成像。“第二代望远镜响应灵 敏度大幅度提升,信噪比(又称为讯噪比。反应摄像机 成像的抗干扰能力,反应在画质上就是画面是否干净 无噪点。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪 声越小,声音回放的音质量越高,否则相反)大幅提升, 我们的望远镜看到的东西就更清楚了。”王占山说。

  据了解,这是我校首次独立承担面向我国“十四 五”大型空间科学卫星主体载荷的预研工作。这项研究 在3 月29 日接受了中科院高能物理研究所组织的技 术评审。评审专家组由包括中科院上海技术物理研究 所龚惠兴院士、中科院高能物理研究所李惕碚院士、中 科院上海天文台朱能鸿院士在内的九位专家组成,龚 惠兴院士担任专家组组长。我校常务副校长陈以一教 授、校科研院院长贺鹏飞教授、课题负责人王占山教授 和课题组主要成员出席会议。

  评审专家组听取了课题组作的《高能 X 射线聚焦 技术研究总结报告》《光学性能测试报告》和《力学性 能测试报告》,审阅了《高能 X 射线聚焦望远镜光学设 计报告》《高能 X 射线聚焦望远镜关键技术报告》等技 术文件,察看了课题硬件成果、原理样机实物和实验 室现场。大家特别关心的望远镜能否经受得住强烈的 振动,能否经受得住太空恶劣环境的考验?王占山介 绍,望远镜样机分别到相关科研机构展开模拟试验, 结果表明:发射期间的振动对其没有影响,磁场高、密 度大、引力大的太空环境也不影响其观测。专家组一 致认为同济大学构建了可以支撑高能 X 射线聚焦技 术研究的技术研发平台,解决了高能 X 射线聚焦望远 镜研制的关键技术,具备了开发 XTP用高能 X 射线 聚焦望远镜的能力。专家组建议,高能 X 射线聚焦望远 镜原理样机路子是正确的,研究可以继续下去。

  王占山说,课题组将按照计划研制望远镜的初样、正样,逐步研制出性能 卓越的成品,2025 年左右将我国自己研制的高能X射线聚焦望远镜送上太空。“德国马普公司已数度来校,商讨合作的事情”,王占山表示,我们还要利用好国际合作的平台,为我校建设成为国内一流、国际先进的 X 射线精密成 像系统研究中心奠定坚实基础。 (程国政)


同济大学研制成功高能X射线聚焦望远镜

来源:物理科学与工程学院  发表时间:03/30/2016

      我校承担的中国科学院空间科学先导专项“十二五”支持课题“X射线时变与偏振探测卫星(XTP)背景型号研究”课题的子课题“高能X射线聚焦技术研究”日前完成。我校负责XTP卫星主体载荷的光学系统关键制作技术研究,这是我校首次独立承担面向我国“十四五”大型空间科学卫星主体载荷的预研工作。

XTP卫星及X射线聚焦望远镜效果图

       2016年3月29日,中科院高能物理研究所在我校四平路校区主持召开了 “X射线时变与偏振探测卫星(XTP)背景型号研究” 课题子课题五“高能X射线聚焦技术研究”(以下简称课题)的技术评审会。技术评审专家组由包括中科院上海技术物理研究所龚惠兴院士、中科院高能物理研究所李惕碚院士、中科院上海天文台朱能鸿院士在内的九位专家组成,龚惠兴院士担任专家组组长。我校常务副校长陈以一教授、校科研院院长贺鹏飞教授、课题负责人王占山教授和课题组主要成员出席会议。陈以一常务副校长致欢迎辞。

      评审专家组听取了课题组作的《高能X射线聚焦技术研究总结报告》《光学性能测试报告》和《力学性能测试报告》,审阅了《高能X射线聚焦望远镜光学设计报告》《高能X射线聚焦望远镜关键技术报告》等技术文件,察看了课题硬件成果、原理样机实物和实验室现场,一致认为:同济大学构建了可以支撑高能X射线聚焦技术研究的技术研发平台,解决了高能X射线聚焦望远镜研制的关键技术,形成了开发XTP用高能X射线聚焦望远镜的研制能力,在国内首次研制出了高能X射线聚焦望远镜原理样机,并完成了光学与力学特性测试,测试结果表明样机的各项性能指标满足任务书要求。评审专家一致同意课题通过技术评审。

国内首台高能X射线天文望远镜原理样机

      “高能X射线聚焦技术研究”课题顺利通过技术评审,表明同济大学具备了承担高能X射线聚焦天文望远镜工程任务的技术能力,为我校建设国内一流、国际先进的X射线精密成像系统研究中心奠定了技术基础,更为我校深入参与我国科学卫星系列的研制,在空间科学领域做出重大科学突破创造了重要平台。


X射线时变与偏振探测卫星背景型号研究通过开题评审

2012-07-25|文章来源:粒子天体物理中心

  7月23日,中科院国家空间科学中心在北京召开了X射线时变与偏振探测卫星(X-ray Timing and Polarization,简称XTP)背景型号研究开题评审会。评审会由国家空间科学中心综合论证处孙丽琳处长主持。李惕碚院士担任专家组组长,专家组成员包括顾逸东院士,国家空间科学中心副主任王赤研究员,中科院基础局彭良强处长、高技术局叶海华业务主管,以及来自航天五院、八院,北京理工大学,中科院国家天文台、国家空间科学中心、电子所和高能所的专家。高能所科研业务处赵京伟处长及XTP卫星背景型号研究课题组部分成员参加会议。

  高能所董永伟副研究员代表课题组介绍了XTP的科学目标、有效载荷配置和卫星总体方案、有效载荷关键技术、背景型号研究的主要内容、研究计划安排、子课题分工和人员队伍组成等内容。专家们对报告进行了认真的质询、讨论,认为:XTP将对黑洞、中子星等天体进行同时的X射线时变、偏振和能谱观测,科学目标基本清晰;载荷配置合理,主要技术指标满足科学目标要求;关键技术定位准确,攻关方案基本合理可行;课题任务分工明确,研究队伍落实,阶段目标和进度安排合理,并有行之有效的组织管理措施。专家组一致同意通过评审。

  与会领导指出,空间科学先导专项为我国空间科学的发展提供了难得的机遇,但同时也带来了严峻的挑战。他们希望课题组尽快完成子课题开题报告的评审和预算编制、评审,协调好与合作单位以及在研工程型号任务之间的关系,组织相对稳定的工程技术队伍,制定严格的工作计划和管理措施,保证在“十二五”期间完成卫星背景型号研究任务和卫星工程立项,力争“十三五”完成卫星的研制、发射。

  XTP是高能所在2007年提出的一颗大型空间X射线天文卫星。2009年,XTP关键技术研究得到中科院空间科学预先研究项目的重点支持;2011年6月,XTP被中科院空间科学先导专项遴选为“十二五”科学卫星背景型号。XTP背景型号研究课题由高能所牵头,参加单位包括航天五院、航天八院、中科院国家天文台、同济大学、清华大学等单位。

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