與以往發射的中國衛星不同，硬X射線調製望遠鏡衛星“慧眼”甫一亮相就得到國際廣泛的關注。
這不僅因為它是我國第一顆X射線天文望遠鏡衛星，開闢了通過宇宙探索新窗口尋求物理科學突破的新紀元，更是因為它趕在美國NASA“超越愛因斯坦計劃”黑洞發現者之前上天，成為國際上發現黑洞的一大利器。
正如美國“超越愛因斯坦計劃”新一代黑洞發現者候選項目EXIST首席科學家所說：“中國硬X射線調製望遠鏡衛星，將是今後這段時期中研究黑洞動力學過程獨一無二的，是X射線天文學發展史上的一座里程碑。”
儘管，在中國“慧眼”之前，國際上已有7顆同類型衛星，但這並不妨礙人們對這位“太空新秀”寄予厚望。那麼這顆衛星究竟有何絕技，又是如何煉成的，中國青年報·中青在線記者採訪相關專家進行揭祕。
全天時觀測：睜開大眼後便不再閉上
從外形和體格來看，“慧眼”衛星並不算大，只有2.5噸，不過能量卻不小。航天科技集團五院硬X射線調製望遠鏡衛星總指揮兼總設計師潘騰說，從工程和技術指標上講， 這顆衛星在同類衛星中優勢非常明顯，其功能性能非常強，可對宇宙天體高能事件實現全天時、大範圍觀測。
換句話說，“慧眼”進入太空後就會睜開明亮的大眼，無論白天還是黑夜，24小時分秒必爭，“狠狠地”盯著全宇宙，一刻也不停息地洞察著不為人知的黑洞或者是突然爆發的天文現象。
如果把“慧眼”比擬為一名戰士，那麼以它為圓心，全宇宙都將是它的戰場，在4年多的壽命中，它不停地旋轉，“大範圍觀測著宇宙，360度無死角，宇宙無疆，視野無涯，這就是它超強的本領。”潘騰說。
細究“慧眼”即硬X射線調製望遠鏡衛星的名字，其中“調製”二字讓很多人不解。硬X射線調製衛星系統載荷分系統專家、中科院高能所研究員宋黎明告訴記者，這是中國科學家提出的一種原創性設計理念，用簡單成熟的硬件技術便可實現高分辨和高靈敏度硬X射線成像觀測。
與歐美的編碼孔徑成像技術不同，“慧眼”採用的是直接解調方法反演成像技術。宋黎明說，與複雜、昂貴的編碼孔徑成像系統相比，直接解調方法具有簡單準確的優勢。 由於更充分地利用了數據中有關測量對象和測量儀器的信息，同樣的數據經“直接解調”方法可以得到比傳統方法好得多的反演結果，分辨率高，同時噪音干擾被有效抑制，背景異常乾淨，可以極大提高探測定位的精度。
他說，這些為“慧眼”探測宇宙空間各種高能事件、取得令人振奮的成果提供了保證。
數據傳輸：一場“沒有關機重啟”的直播
作為一個全天時工作的天文觀測衛星，“慧眼”的數據傳輸系統被形象地稱為“24小時無間斷”且“沒有關機重啟”的直播。
對一般衛星而言，對受到影響的衛星設備實施“關機重啟”，是“糾正錯誤”的一種被動選擇。不過，航天科技集團五院硬X射線調製望遠鏡衛星數據傳輸分系統技術負責人許興說，針對“需要數據傳輸分系統4年不間斷工作”的“慧眼”來說，關機重啟就意味著數據中斷，太空信使的任務目標就無法實現。
於是，科研人員給“慧眼”配了一名專屬的“太空信使”——數據傳輸分系統，它的主要功能是將硬X射線望遠鏡蒐集到的數據，實時傳輸到數據記錄系統或通過無線方式傳輸到地面接收站。
許興說，這是一個忠誠、勤勞、專業的太空信使。我國硬X射線調製望遠鏡衛星將在軌服役4年。這4年裡，它將一刻無休地進行觀測，也意味著4年間衛星的數據傳輸分系統在軌不間斷工作，“這在其他衛星上從未有過”。
這要求數據傳輸分系統這個“太空信使”身體倍兒棒。許興說，科研人員要像保健醫生一樣，通過抗輻照加固、三模冗餘、定時刷新等手段提高產品“器官”自身抵抗力及自愈能力，確保這些“器官”可以抵禦各種風險正常工作。
太空中的強輻射對衛星的敏感器件來說可是“致命殺手”。研製人員在衛星容易受輻射影響的部位加厚防輻射包裹——類似孕期的準媽媽常穿著防輻射服，來保護腹中的寶寶一樣。
當然，這一層威脅還較容易得到化解，但是免於“單粒子翻轉”對衛星芯片等產品的影響要複雜和艱難得多。
所謂單粒子翻轉，是指宇宙中單個高能粒子射入半導體器件靈敏區，使器件邏輯狀態翻轉的現象。許興說，衛星和地面計算機一樣，數據均是採用二進制的“0”“1”來存儲、傳輸和讀取。單粒子不定期來襲時， 數據傳輸分系統的某些器件一旦受到高能單粒子的撞擊，就會使存儲的“0”變成“1”，或者“1”變為“0”，導致數據嚴重錯誤，重者會導致傳輸中斷，更別說正確解讀、實時傳輸天文數據了。
按照他的說法，衛星上的一臺臺產品就好比人體的一個個器官，太空輻射、粒子則像數不勝數的致病細菌，這些細菌時刻企圖侵蝕到“器官”內部，嚴重威脅著“器官”的健康。
許興說，他所在的航天科技集團五院設計師便將重要數據分別存儲3次，也就是給1個數據做了兩個備份。如果數據被高能單粒子這個細菌篡改，系統會根據另外兩個沒有被改變的數據，進行自我修復。
“挑剔”的望遠鏡：把大象放進冰箱裡需要幾步
從值守的位置來看，“慧眼”要在距離地面550千米的高度上運行，屬於低軌運行，也意味著這顆衛星要遭受來自太陽、地球和月亮三方面的影響。
“慧眼”衛星工程總師、航天科技集團五院研究員馬世俊說，“慧眼”承載了中、高、低能望遠鏡，這些靈敏的儀器設備需要在-60℃到-80℃的低溫下才能進行可靠的工作，而且必須確保望遠鏡不見太陽，“直射斜射都不行，以免輻射增溫，增加探測器的噪聲”。
馬世俊說，這麼“冷”而且“挑剔”的工作環境要求，在我國所有衛星研製中還是頭一遭。究竟有多難，科研人員打了一個形象的比方：把大象放進冰箱裡需要幾步？
打開冰箱，塞進去，關上冰箱，這是一開始只有“高能”探測器的方案。但如今多了“中能”和“低能”的，就好比大象的不同部位，喜歡上了不同的溫度，就需要將整隻大象同時放進一個三開門的冰箱裡。
想要讓“大象心情愉悅”，航天科技集團五院專家告訴記者，科研人員不但運用了多級隔熱措施保護控制漏熱、國內技術數一數二的深冷熱管技術、梯度溫度加熱實現防汙染控制等聽上去 酷炫的“黑科技”，還很溫馨地給衛星戴上了一頂“太陽帽”——遮陽板。
“有了這個遮陽板，陽光永遠只能從遮陽板這一面過來”。可以想象，當衛星運行到太陽和地球之間時，它的視場會受到較大限制。此外，這位專家還告訴記者，科研團隊還採取主動和被動控溫相結合的方法，採取多極隔熱、深冷熱管技術以及優化觀測狀態等手段，多管齊下，儘可能滿足衛星中“乘客”即有效載荷的苛刻需求。
（硬X衛星航天科技集團五院研製團隊）
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