印度首颗天文观测卫星即将升空

张嘉雷 （航天东方红卫星有限公司）

印度首颗天文观测卫星即将升空

张嘉雷 （航天东方红卫星有限公司）

India’s First Astronomical Satellite Will Launch

印度计划于2015年9月27日在印度萨迪什·达万航天中心（Satish Dhawan Space Center）用印度“极轨卫星运载火箭”（PSLV）发射本国的首颗天文卫星—“天文学卫星”（AstroSat）。该卫星将飞行在近赤道轨道上，轨道高度650km，倾角8°，轨道周期97min，选择这样一条轨道的主要目的是回避南大西洋辐射异常区。该卫星的观测谱段在X射线和紫外线谱段，这将为解决一些现代天文学的重大难题提供机会。

1　任务背景和目标

印度“天文学卫星”任务由来已久，印度曾于1996年3月21日发射了搭载X射线天文探测试验装置的印度遥感卫星－P3（IRS－P3）。该星在轨运行过程中，试验取得了成功，印度空间研究组织（ISRO）于2004年宣布将发展成熟的专用天文卫星，即“天文学卫星”。多家机构参与了该卫星的研制工作，其中包括：塔塔基础研究院、印度天体学研究所和拉曼研究所、印度天文与天体物理校际中心。“天文学卫星”载有6个有效载荷，其中2个有效载荷是由加拿大航空航天局和英国莱切斯特大学共同研发的。

该任务科学目标需要卫星具有以下能力：

1）多谱段观测：鉴于银河系内和银河系外的光源类型不同，例如，动态银河系核（AGN）、双星系统、恒星爆发、星簇等，“天文学卫星”使用5种相互关联的望远镜系统对从可见光谱段到X射线谱段视线同步观测。

2）宽波段X射线谱测量：测量中等能级分辨率的吸收和发射特征。能量谱分布在0.3～100KeV，包含3台关联的X射线载荷。

3）高时间分辨率研究：对X射线双星系统发出的周期性、非周期性，甚至混乱不堪的X射线辐射情况进行观测。研究脉冲的演化和轨道的周期。

“天文学卫星”被期望用于对高分辨率X射线源成像，这些成果可能将用于对银河系内及银河系外的物质进行形态天文学研究。

“天文学卫星”收拢状态

2　卫星平台

“天文学卫星”的平台构型和设计与印度制图卫星－2（Carto Sat－2）的基本相同，其功能包括：姿轨控、指令执行、星务数据遥测、敏感器数据处理和天线指向调整。

卫星的电源系统包含两副展开式太阳电池阵翼，可进行单轴转向调整，在轨飞行过程中，当卫星不处于星蚀（卫星被地球或其他天体遮挡）情况下，太阳电池翼将正对太阳，以最大能力产生电能，电源系统的功率为1250W，其中有效载荷功耗488W。

它采用三轴稳定控制模式。其姿态敏感器包括2台星敏感器和3台陀螺，可提供1″的姿态敏感精度。姿态控制部件包括动量轮和用于给动量轮卸载的磁力矩器。卫星的姿态指向控制能力优于0.05°，姿态漂移率小于0.2″/s。

该卫星用X频段数传系统下传有效载荷数据，数据实时传输码速率105Mbit/s，存储数据下传码速率210Mbit/s。

“天文学卫星”整星质量1650kg，包括868kg有效载荷，设计寿命5年。

3　卫星有效载荷

“天文学卫星”安装了多种天文观测的有效载荷。

“天文学卫星”展开状态

紫外线成像望远镜（UVIT）。它是由印度空间研究组织与加拿大航天局（CSA）合作研制，该载荷的观测谱段分为3个，分别为130～180nm（远紫外谱段），180～300nm（近紫外谱段）和320～530nm（可见光谱段）。望远镜拥有28°的圆锥视场，紫外谱段角分辨率1.8″，可见光谱段角分辨率为2.0″。

紫外线成像望远镜照片

软X射线成像望远镜（SXT）。它主要观测能量在0.3～8.0keV之间的软X射线谱段。该望远镜焦距2000mm，视场角41.3′×41.3′，焦平面装有600×600像元面阵探测器。

软X射线成像望远镜设计图

大面积氙比例计数器（LAXPC）。它用于对X射线进行计时和低分辨率观测，该比例计数器具有多引线多层的构型，观测视场角为1°×1°。该设备可观测能量在3～80keV之间的X射线谱段。

大面积氙比例计数器照片

碲铬锌掩码掩膜成像仪（C Z T I）。它由1000cm2的碲铬锌探测器像元组成，这些探测器具有良好的探测效率，对上至100keV能量的光子具有100%的探测效率，并且具有良好的能量谱分辨率。单个探测器尺寸为2.4×2.4mm（厚度5mm），视场角为6°×6°（10～100keV）/17°×17°（大于100keV）。

巡天监视仪（SSM）。它由3台位置感应比例计数器组成，每台计数器构成对一个维度的探测，该设备非常类似于美国航空航天局（NASA）的RXTE卫星上的全天监视器（ASM），设备观测能量在2 ～10keV之间的谱段，视场角10°×90°，角分辨率10′。

巡天监视仪设计图

带电粒子监视器（CPM）。尽管“天文学卫星”倾角只有8°，但在部分时段内，依然会有每轨15～20min内飞行在南大西洋辐射区，该设备将负责监视卫星受到带电粒子辐射的情况。

这些有效载荷可在较广的光谱范围内，从紫外线到光学以及低能、高能X射线波段同时对天空进行扫描。

4　结语

印度“天文学卫星”的发射将为印度天文学家提供有效的天文观测数据，并将提升印度航天的国际地位，使其成为继美国、欧洲、俄罗斯、日本之后又一拥有天文卫星的国家。