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新华社甘肃酒泉6月15日电(记者全晓书 喻菲 屈婷)中国首颗X射线天文卫星“慧眼”于15日成功升空入轨。卫星发射上天,科学研究才真正开始。

“慧眼”,全称硬X射线调制望远镜(简称HXMT)卫星,将致力于揭开黑洞、中子星等致密天体的神秘面纱。为此,卫星地面应用系统的科学家们不仅为“慧眼”制定了缜密的观测计划,还要对观测数据进行后续的加工处理,这些都直接关系到这颗卫星的科学成果。

观测时巡天、定点两不误

作为一个小型空间天文台,HXMT卫星向中国的天文学家全面开放。

“2016年,我们面向全国征集了第一轮核心科学观测提案,得到了积极响应,共征集到90份观测提案,提出的总观测时间近7年,远远大于卫星4年的设计寿命。”HXMT卫星地面应用系统副总设计师屈进禄说。

在科学评估和遴选的基础上,卫星地面应用系统已编制完成了第一年观测计划。观测计划决定了“慧眼”在天上的观测目标和时间分配。

从卫星升空到观测数据发回地面进行研究的流程图

  从卫星升空到观测数据发回地面进行研究的流程图

据屈进禄介绍,第一年,卫星将用30%-40%的时间进行巡天观测,剩下的时间则进行定点观测。

“我们把银道面分成了19个天区,望远镜扫描一个天区需要2个多小时,如果不考虑对太阳规避,两天就可以完成对银道面的一次扫描。”屈进禄说。

而定点观测,就是盯着一个目标源进行观测。屈进禄说,定点观测的目标分为两大类,一类是已知源,包括被采纳的科学提案中提到的观测目标;另一类是暂现源,暂现源既有可能是曾经爆发过的已知源,也有可能是新发现的天体源。

“对于已知源,我们已经安排好了观测计划;对于新出现的源,我们会马上组织评估,如果从科学意义上认为值得去观测的话,经过首席科学家的批准,我们会对观测计划进行调整,对新源展开定点观测。”屈进禄说。

数据服务向国际看齐

“慧眼”发射入轨后第2天将陆续对科学仪器加电,开始为期10天的整体功能测试,然后进行为期140天的仪器性能测试、在轨标定观测和试观测,计划于今年11月进入常规科学观测。

据卫星地面应用系统副总设计师宋黎明介绍,HXMT卫星在轨观测提案的提出者和为HXMT卫星项目作出贡献的国内外专家共同组成了科学观测研究团队,是卫星观测数据的优先用户,按照国际惯例将享有观测数据专有权一年;之后,数据将向所有人开放。

“一方面,我们要把和仪器相关的参数写进分析软件,告诉用户探测器的能区、面积、性能、工作状态等等;另一方面,我们还要把标定结果做成一个标定数据库,供用户使用,以便他们在此基础上开展后续的数据分析工作。”宋黎明说。

HXMT地面应用系统研制团队合影。(来源:中科院高能所)

  HXMT地面应用系统研制团队合影。(来源:中科院高能所)

标定数据分别来自地面标定和在轨标定。“慧眼”上天之前,科学家们已经用了大约三年时间进行地面标定,通过使用标准X射线光源对探测器进行测试,得到探测器的性能指标;而在轨标定则是让卫星观测天上已知的X射线源,比如十分著名的蟹状星云脉冲星,来确定探测器在空间时的性能参数。这些标定数据就像“标尺”,科学家们将来可以据此修正观测数据、提高观测精度。

此外,卫星地面应用系统还将提供300多种符合国际标准的数据产品。“国际上已经有了一整套的天文数据分析流程和分析软件,这就要求我们向国际看齐,把观测数据加工处理成具有通用格式的数据产品。至于从这些数据产品中提取能谱、光变曲线等信息,继续进一步的分析,那就是科学家们要做的事情了。”宋黎明说。

他指出,数据开放,对于推动更多的人参与空间科学的探索将发挥重要的作用。“我们没有任何保留,把所有的数据都提供给大家。任何人,包括中学生,都可以来下载我们的数据。”

据悉,中国国家航天局即将发布HXMT卫星的数据管理办法,以遵循公开共享的原则,充分发挥数据的作用,促进数据应用和科学产出最大化。同时,将组建国际科学委员会,有效利用国际智力和技术资源,发展空间科学领域,扩大中国空间高能物理研究领域的国际影响力。

作为HXMT卫星首席科学家,张双南已经领导组建了一个100多人的科研团队,将从科学目标、空间环境和本底研究等方面进行数据分析。

从使用者转变为设计者

在负责地面应用系统的建设之前,宋黎明研究的是脉冲星高能辐射。他认为,最难的是观念上的转变,“从一个使用者到一个设计者的转变”。

以前,国内科研人员用的都是国外卫星的数据,大家的身份都是用户,只有数据分析的经验,从来没有关注过前面那一套系统是怎么建立起来的。回想第一次去国外“取经”的情景,宋黎明坦承自己提了很多“傻问题”;对方如果也提问,自己又“一问三不知”。

“中国确实做了很多空间探测的项目,但是,这是中国第一个X射线天文卫星的地面应用系统。一开始,大家都没经验,怎样对用户开放,要提供什么产品,里面有什么关键问题,都是靠慢慢摸索出来的。比如,国外卫星的数据产品包括本底数据(噪音数据),可本底究竟是怎么做出来的,我们完全不了解,就要把本底数据的来龙去脉搞清楚。”宋黎明说。

他认为,掌握了这套系统的整体流程框架,是地面团队最大的收获,以后再有新的卫星项目,基本上就没有问题了。“对于不同项目的特殊之处,该如何去处理,我们心里也有底了。”

在研制过程中,这位科学家感受到了巨大的复杂性,这比自己研究脉冲星时所做过的最复杂的运算推演和程序设计都还要复杂。“原来做数据分析,自己一个人就能处理,顶多再找几个学生协助一下。但是,建设地面应用系统,我们要提供300多种数据产品,分得那么细,还要保证它们有用,能够得出正确的结果,可以想一想,支撑这些的程序库得有多大!”

“这套系统关乎到卫星的性能、运行和寿命,以及随后的科学产出,我们对它很有信心!”宋黎明说。


来源:嘉兴在线—嘉兴日报    作者:摄影 记者 冯玉坤    编辑:李源    责任编辑:胡金波
 
 
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