在太空做研究是非常昂貴的，一旦天基儀器被提出，研究人員就想從它身上獲得盡可能多的價(jià)值。擬議中的衛(wèi)星在儀器和能力方面迅速增長，必須使用昂貴的防輻射部件，但這筆費(fèi)用使衛(wèi)星儀器平臺(tái)超出了大多數(shù)研究預(yù)算的范圍。

所以開啟立方體衛(wèi)星(CubeSat)時(shí)代吧，這是航天行業(yè)的平板家具，因?yàn)楸阋艘子玫牧⒎襟w衛(wèi)星使空間科學(xué)民主化。

立方體衛(wèi)星邊長是可以小到100毫米的立方體，重量可以不到一公斤，由于立方體衛(wèi)星又小又輕，不能容納太多的儀器，所以成本很低。而且，因?yàn)榱⒎襟w衛(wèi)星被放置在低地球軌道上，其使用壽命相對(duì)較短，所以不需要防輻射的電子設(shè)備。Larocca和同事在國際光學(xué)和光子學(xué)協(xié)會(huì)《Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems》上發(fā)表了新研究，詳細(xì)介紹了名為HaloSat的立方體衛(wèi)星開發(fā)過程。

物美價(jià)廉的X射線天文臺(tái)

該立方體衛(wèi)星旨在測(cè)量漫射源（如銀河系周圍的光暈）發(fā)出的氧X射線輻射，這些衛(wèi)星不會(huì)成像，但它會(huì)以一定的空間分辨率計(jì)算來自特定方向和選定能量帶的X射線。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，研究人員使用了硅漂移檢測(cè)器，其輸出被放大并發(fā)送到信號(hào)處理板。機(jī)載電子設(shè)備能夠快速存儲(chǔ)來自三個(gè)探測(cè)器的X射線能量和計(jì)數(shù)。探測(cè)器本身沒有光學(xué)裝置，這是一個(gè)問題，因?yàn)檠芯咳藛T需要確保X射線來自目標(biāo)源。

為了解決這個(gè)問題，探測(cè)器被放置在衛(wèi)星內(nèi)部相當(dāng)深的地方，并有一個(gè)準(zhǔn)直管通往外部世界。然后，通過掃描衛(wèi)星在目標(biāo)上方的方位，建立X射線發(fā)射的粗略地圖。整個(gè)科學(xué)儀器重量不到3公斤，消耗約4W，控制系統(tǒng)使包裹達(dá)到12公斤，而整個(gè)衛(wèi)星大約有一本厚書的大小。HaloSat立方體衛(wèi)星于2018年發(fā)射，任務(wù)延長至2020年年中。到目前為止，它已經(jīng)繪制了銀河系和蟹狀星云的X射線發(fā)射圖。

測(cè)繪光譜儀提供了非常干凈的數(shù)據(jù)，這將使幾年的分析和洞察成為可能。由于阻力，HaloSat立方體衛(wèi)星將在2020年底之前脫離軌道，因此任務(wù)不能延長太久，這樣的時(shí)間限制是立方體衛(wèi)星生命的一部分。問題不是衛(wèi)星的壽命是否會(huì)更長，而是能否從如此短暫的任務(wù)中獲得有用的科學(xué)成果?，F(xiàn)在、研究人員已經(jīng)證明了這一點(diǎn)：低成本、短壽命的衛(wèi)星任務(wù)可以帶來有用成果。CubeSat另一個(gè)方面是開發(fā)時(shí)間表，HaloSat的資金于2016年到位。

該儀器已完成，與衛(wèi)星的其余部分集成，并于2018年年中發(fā)射，這真是快得令人難以置信。為了更好地了解開發(fā)時(shí)間，GRACE-FO任務(wù)（重力恢復(fù)和氣候?qū)嶒?yàn)）的概念性工作于2012年開始，最終于2018年啟動(dòng)，GRACE-FO任務(wù)是最初GRACE任務(wù)的改進(jìn)副本。這項(xiàng)研究還證明了立方體衛(wèi)星的局限性，與所有立方體衛(wèi)星一樣，HaloSat只能做一件事，而且時(shí)間相對(duì)較短。如果研究人員有想要跟進(jìn)的結(jié)果，那么不太可能用同一顆衛(wèi)星做到這一點(diǎn)。

如果數(shù)據(jù)顯示需要不同類型的儀器，研究人員將不得不等待新衛(wèi)星發(fā)射。這突顯出，盡管立方體衛(wèi)星正在讓太空變得更容易進(jìn)入，但研究人員需要有一個(gè)非常周密的計(jì)劃和重點(diǎn)的任務(wù)，才能使其取得成功，HaloSat演示了如何做到這一點(diǎn)。立方體衛(wèi)星2.5年的快速發(fā)展、集成和發(fā)射計(jì)劃肯定會(huì)引起天體物理學(xué)領(lǐng)域更多的興趣，因?yàn)樗仁切录夹g(shù)的試驗(yàn)臺(tái)，也是專注任務(wù)的平臺(tái)。HaloSat可能是第一批立方體物理立方體衛(wèi)星之一，但它不會(huì)是最后一顆。

博科園｜研究/來自：國際光學(xué)和光子學(xué)協(xié)會(huì)

參考期刊《Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems》

DOI: 10.1117/1.JATIS.6.1.014003

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)