“核光譜望遠鏡陣列” (Nuclear Speetroscopic Telescope Array，NuSTAR)是美國研製的Wolter Ⅰ型X射線空間望遠鏡，首次採用掠射技術對5～80keV的硬X射線源(尤其是核光譜)直接成像，於2012年6月13日在夸賈林島用飛馬座XL(Pegasus-XL)火箭發射。NuSTAR是美國國家航空航天局(NASA)“小型探險者”(SMEX)計畫中的第11個任務(SMEX-11)，平台由美國軌道科學公司製造，星載設備由加州理工學院、噴氣推進實驗室、加州大學伯克利分校、哥倫比亞大學、NASA戈達德航天飛行中心、勞倫斯利佛莫爾國家實驗室及丹麥技術大學等機構提供。
基本介紹
- 中文名：核光譜望遠鏡陣列衛星
- 外文名：Nuclear Speetroscopic Telescope Array，NuSTAR
- 國家：美國
- 發射時間：2012年
- 運載器：飛馬座XL火箭
- 主要功能：空間探測
發展背景,發展歷程,科學目標,主要性能參數,特點分析,衛星發射情況,
發展背景
核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR)可 以看到其他望遠鏡無法看見的高能X射線，為研究最古老黑洞和最年輕超新星提供了一條新的途徑。
千百年來，天文學家僅用自己的 眼晴來審視我們的宇宙。雖然對我們來說相當有用，但肉眼只能探測到一種類型的電磁輻射——可見光。人類花了很長時間，才把目光移到了這個有限的波長範圍之外。1800年，生於德國的英國天文學家威廉·赫歇爾發現了紅外輻射；次年，德國物理學家約翰·威廉·里特發現了紫外線。在這之後，微波（1864年)、射電波（1887年)、X射線（1895年）和γ射線（1900年）相繼被發現。每當在電磁波中開闢出新的領域，新的發現就會接踵而至。
在過去的一個世紀裡，天文學家已經研究了所有形式的輻射，但始終無法在高能X射線波段獲得清晰的影像，科學家們用電子伏特來定量描述輻射的能量可見光的能量在1.6〜3.4個電子伏特之間。高能X射線的能量要高得多，在3000電子伏特79000電子伏特。觀測這些“硬” X射線輻射正是核光譜望遠鏡陣列（NuSTAR) 的專長。
發展歷程
地球的大氣層會完全吸收掉這些 高能的輻射--對我們來說是幸運的事情！但對天文觀測來說，就得另闢蹊徑。科學家們多年來一直使用高空氣球、探空火箭以及衛星來擺脫大氣層的干擾。
在NuSTAR之前，人類已經發射 了一系列觀測高能射線的空間望遠鏡， 包括1978年發射的愛因斯坦天文台、倫琴X射線天文台（1990年發射）、錢德拉X射線天文台（1999年發射）和牛頓X射線多鏡面望遠鏡（1999年發射）。不過，這些望遠鏡中的探測器只能探測能量在100電子伏特〜10000電子伏特之間的X射線輻射。鮮有衛星能在既不產生相當大的背景干擾又具有足夠靈敏度的情況下觀測到能量更高的X射線。
2005年，美國航宇局批准了NuSTAR項目，但一年後卻由於預算削減而被取消。差一點就胎死腹中。幸運的是NuSTAR的團隊最終說服了美國航宇局。
2012年6月13日，搭乘一枚“飛 馬” XL空射火箭，NuSTAR發射升空。 現在，有幾十個科學家和工程師團隊 正在通過NuSTAR所打開的這扇視窗來望宇宙。
科學目標
NuSTAR的主要科學目標是探測質量超過太陽1010倍的宇宙黑洞，了解活動星系核中粒子的加速機制，並研究超新星遺蹟。NuSTAR已拍攝到銀河系中心一個超大質量黑洞的第一批圖像。
銀河系的核心是NuSTAR的首批觀測目標。可見光望遠鏡無法穿透銀心附近區域中的氣體和塵埃雲。幸運的是，高能X射線可以輕易地穿過所有這些物質，讓NuSTAR能看到它們。
天文學家把NuSTAR指向了——但並沒有直接對準——銀河系的中心，那裡潛藏著一個超大質量黑洞。它被稱為人馬A*,質量是太陽的大約400萬倍。
科學家們也會使用NuSTAR來尋找位於其他星系中的黑洞。它首先會觀測那些已經發現可見光和紅外對應體的目標，即它們的位置和X射線源相重合。X射線單獨無法告訴天文學家很多有關這些天體的信息，但其他波長的輻射例如可見光則可以。
主要性能參數
NuSTAR質量350kg，設計工作壽命2年，運行在高度550km、傾角約6°的軌道上。
NuSTAR使用兩組掠射式聚焦光學系統，每組包括130個同心錐體。光學系統由丹麥技術大學和哥倫比亞大學開發。總長度為450mm，最大半徑為191mm，焦距為10.15mm。2台掠射鏡分別對同一目標成像，然後經地面處理後合併成所需圖像。2台掠射鏡的焦平面各有4個32×32像素的鎘鋅碲半導體敏感元件，其外殼用碘化銫晶體作為禁止，排除背景干擾。
NuSTAR採用摺疊結構，掠射鏡與焦平面/探測器之間用伸縮桿相連，以減小體積和質量。伸縮桿在發射時呈摺疊狀態放置，入軌後依據地面指令逐級展開伸長至10m，掠射鏡一端指向探測器的2台星載雷射測量儀，在全過程中精確校準光路。
特點分析
NuSTAR是一種掠射式望遠鏡， 由兩個對齊的沃爾特望遠鏡構成。這是因為普通的望遠鏡鏡面要么會吸收X射線，要么對X射線來說是透明的。 NuSTAR的鏡面具有特殊的鍍膜，對於入射的輻射其傾角不超過2°。於是，X射線會在反射鏡上以很小的角度被反射。它每一個光學組件的焦距都長達10.2米，位於一根長桅桿的端部。NuSTAR進入軌道之後，桅桿就會伸展開。
為了聚焦X射線，除了需要小角度反射之外，還要使用特殊的材料。在此前的任務中採用黃金和鉑金這樣的高密度元素作為塗層材料，但對於高能量X射線而言它們的效果並不理想。因此，對於NuSTAR,工程師為其塗覆了 400層超薄材料，高密度（鉑和鎢）和低密度（矽和碳化矽）的材料交替出現。相比於之前的X射線望遠鏡，它在高能段上的靈敏度更高，解析度也比以往提高了10倍。
NuSTAR每個光學聚焦器件實際上是一組由內而外相互嵌套的130個同心殼層。工程師在殼層之間放置了石墨墊片，並用環氧樹脂將它們束縛在一起。65個內殼層各有6個反光鏡面，而65個外殼則每個含有12個鏡面。
衛星發射情況
據美國航空航天局網站報導,NASA的“核光譜望遠鏡陣列”(NuSTAR)於2012年6月13日從太平洋中部海域發射入軌，該衛星將研究黑洞等宇宙秘密。
NuSTAR將向NASA的大型任務提供補充數據，這些大型任務包括費明（Fermi)、錢德拉(Chandra)、哈勃(Hubble )和斯必澤(Spitzer)。
NuSTAR將使用獨特的設備觀測宇宙爆發的最高能X射線。這個觀測台能夠穿透氣體與塵埃，揭示銀河系內及遙遠銀河系內隱藏的黑洞。
發射時,先由軌道科學公司的L-1011“占星者”載機將“飛馬座”火箭及火箭前端的NuSTAR衛星一起運至空中。它們懸掛在飛機機腹下方。2012年6月13日12時火箭拋落，自由墜落5秒後，啟動第一級火箭發動機。之後，星箭分離，衛星進人預定的低地球軌道。12時14分，收到太空飛行器發出的首個信號。
望遠鏡採用的獨特設計包括一根10 m左右的桅桿，發射時摺疊存放。發射後7天左右，工程師們將展開桅桿，使望遠鏡準確聚焦。大約23天后,按計畫開始科學觀測任務。
除了黑洞及其強大的噴射，NuSTAR還將研究宇宙中許多高能天體。
