基本介紹
- 中文名：X射線天文衛星
- 外文名：X-ray astronomical satellite
- 別名：宇宙X射線探測器
- 提出者：歐洲空間局
- 套用學科：天文學
- 目的：觀測天體的X射線輻射
- 型號：烏呼魯衛星，羚羊5，銀河衛星等
簡介,發展,歐洲X射線天文衛星( EXOSAT),科研目標,基本結構,姿態和軌道控制系統(AOCS),觀測操作方式,
簡介
第一顆X射線天文衛星是1970年12月12日美國在肯亞發射的烏呼魯衛星，該衛星原名“探險者42號”，又名“小型天文衛星1號”，因發射當天正值肯亞獨立7周年紀念日而得名（茲瓦西里語意為“自由”）。衛星上裝有兩個相互反向的X射線探測器，利用衛星的旋轉進行了系統的X射線巡天，確定了約350個X射線源，發現了許多銀河系中的X射線雙星、來自遙遠星系團的X射線，以及第一個黑洞候選天體——天鵝座X-1。烏呼魯衛星的觀測取得了極大的成功，被認為是X射線天文學發展史上的一座里程碑。
烏呼魯衛星
烏呼魯衛星發展
除了烏呼魯衛星以外，1970年代至1980年代，各國還相繼發射了一系列X射線天文衛星，包括英國的羚羊5、荷蘭天文衛星、美國的小型天文衛星3號、高能天文台1號（1977年）和高能天文台2號(又名“愛因斯坦衛星”)、歐洲的X射線天文衛星（<noinclude>）、日本的銀河衛星等，其中1978年發射的愛因斯坦衛星首次採用了大型掠射式X射線望遠鏡，能夠對X射線源進行成像，是1970年代取得成果最多的X射線衛星。
20世紀90年代，義大利和荷蘭共同研製的BeppoSAX衛星發現了伽瑪射線暴的X射線餘輝。德國、美國、英國聯合研製的倫琴衛星（Roentgensatellit，簡稱ROSAT），這顆以發現X射線的德國科學家倫琴（W. Roentgen）的名字命名的天文衛星，從1990年6月投入使用以來，已經完成人類歷史上首次對整個軟X射線天空的成像普查，以及對許多天體的縱深、定位觀測，獲得眾多天文現象的豐富資料。首次在軟X射線波段進行了巡天觀測，在9年時間裡新發現了7萬多個X射線源，使X射線源的總數達到了12萬個。
1993年日本發射的ASCA衛星則首先將設備用於X射線成像。美國的羅西X射線時變探測器雖然不能成像，但是能夠探測X射線源的快速光變。1999年，兩個重要的X射線天文衛星先後發射升空——美國的錢德拉X射線天文台和歐洲的XMM-牛頓衛星。前者具有極高的空間解析度（小於1角秒）和較寬的能段（0.1-1keV），後者則具有非常高的譜解析度。它們是21世紀初X射線天文學主要的觀測設備，取得了一大批重要的研究成果。
除此之外，1990年代升空的X射線望遠鏡還有俄羅斯發射的探測高能X射線的伽馬1衛星、日本發射的用於觀測太陽耀斑的陽光衛星等。
截止到2006年，正在工作的X射線天文衛星有歐洲的XMM-牛頓衛星、美國的羅西X射線時變探測器、錢德拉X射線天文台、日本的朱雀衛星。
此外，歐洲的國際伽瑪射線天體物理實驗室和美國的雨燕衛星也安裝有X射線觀測設備。計畫中的下一代X射線天文衛星有美國的、歐洲的等。
2017年6月15日11時00分，中國在酒泉衛星發射中心用長征四號乙運載火箭，成功發射硬X射線調製望遠鏡衛星“慧眼”，這是中國首顆大型X射線天文衛星。
歐洲X射線天文衛星( EXOSAT)
科研目標
（1）X射線源的精確定位，成像望遠鏡（能量範圍0.04-2KeV），定位精度高於10''，中能（ME）實驗（1.5-50KeV）的月掩食技術定位精度為2''。
（2）寬波段能譜，能量0.04-50KeV。
（3）瀰漫與延伸X射線源成像。
（4）X射線源的時間特性，時標小至10us，長至幾天。
基本結構
EXOSAT的探測器由三部分組成，一個大面積中能正比計數器陣(ME) ，兩套低能成像望遠鏡系統( LE1和LE2) 和一個氣體閃爍正比計數器(GSPC)。衛星的軌道偏心率很大，周期為4d，其中姿態和軌道控制系統(AOCS)可修正飛行軌道，使得最多的X 射線源形成月球或地球掩食並獲得最佳效果。這種掩食技術是第一次在EXOSAT 的ME實驗中運用。
EXOSAT的三套實驗都安裝在一個三軸穩定的平台上，由低能望遠鏡上的導星鏡確定的光軸準直，EXOSAT的高偏心軌道適合於地面控制站的連續觀測，同時也增加了月掩食的數量。
姿態和軌道控制系統(AOCS)
衛星的姿態和軌道控制系統指向給定目標的誤差在90''以內，短期內能穩定在幾角秒以內。在慣性空間姿態重複精度高於5''。為使月掩食更有效，數目更多，衛星具有軌道改正功能，可以很快地從一個觀測目標轉換到下一個( 小於2h )。在一個軌道周期內可觀測幾個不同的目標。目標間的轉換操作一般要繞兩個或三個軸旋轉。
衛星光軸指向並不是任意的，常有如下約束：首先是太陽不得在望遠鏡光軸的
60°區域內；其次，當導星鏡在地球的
15°範圍內時，其星指向方式不工作。同樣月球在光軸方向也有15°的盲區。月掩食和地球掩食期間，導星鏡前面插入濾光片即可直接觀測地球和月球。此時LE望遠鏡關閉，太陽的 60°限制可放鬆至 17°。實際上ME和GSPC觀測，太陽相對於望遠鏡光軸方向一般保持大於90°，以避免來自太陽的任何形式的干擾。
觀測操作方式
有兩個基本的操作方式：（1）標準方式。這是基本的觀測方式，觀測台在此方式下可連續72小時指向約束區以外的任意天空位置；（2）掩食方式。此方式第一次套用於中能實驗，當X射線源強度大於10millicrabs時，定位精度為幾角秒，月掩食、地球掩食均可運用。對月掩食來說，AOCS改變衛星在軌道近地點的運行速度，使其視場能落在月掩食的區域內。如果讓衛星繞地球自由飛行，源的月掩食可能性很小。AOCS發射的推動脈衝在範圍0.03-10m/s內改變衛星的速度，控制衛星的運動，使月球可掩食希望掩食的X射線源，或者說使X 射線源落在掩食帶內。一般地說，最適合的掩食角為45°。
EXOSAT的軌道可形成月掩食和地球掩食的區域占整個天球的即20% 和1%。另外，地球掩食不需要改變衛星的軌道。
