西安晚报西安科技为中国哈勃配备忠诚太空信使
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于2022年03月11日发表
6月15日，由航天科技集团五院研制的“中国版哈勃”——我国首颗硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”，在酒泉卫星发射中心发射成功。航天科技集团五院西安分院为这颗卫星配备了忠诚“太空信使”——数传分系统，该系统四年间将不间断工作，通过直播“太空舞台剧”，为科学家发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体提供帮助。
硬X射线望远镜卫星
灵敏度和分辨率更高
“在宇宙中，脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会射出X射线，如果可以接收到这些射线加以分析，就能勾画出这些天体的轮廓，对人类探索太空具有重要意义。”航天科技集团五院西安分院硬X射线调制望远镜卫星数传分系统技术负责人许兴介绍，当前，人们可以利用地基观测和轨道观测等手段对天文现象进行观测。地基观测便是我们熟知的在地球上建立天文台，通过各种天文望远镜，针对可观测到的天体进行长时间各种图片及数据收集。轨道观测，就是将天文仪器设备发射到太空特定轨道，目前少数国家已经实现了这种观测手段，最著名的就是美国的空间望远镜“哈勃”。
据介绍，之所以要将硬X射线调制望远镜卫星发射到几百公里之外的轨道，是因为地基观测仍然存在很多不足，比如X射线穿越地球大气层时会出现严重衰减，地面观测的准确性、全面性就大打折扣。
据五院西安分院主管遥感数传类卫星研制的杨毅副院长介绍，并不是所有的空间望远镜都能够实现对X射线的观测。杨毅表示，之前一些卫星只能看到波长在0.1-10纳米的X射线（被称为软X射线），对于能量较高，波长在0.01-0.1纳米之间的X射线（被称为硬X射线）只能“视而不见”，自然也将失去很多“太空舞台剧”的细节和精彩。此次发射成功的、我国自主研制的天文卫星“慧眼”，是世界上灵敏度和分辨率最高的硬X射线调制望远镜卫星，有望发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体。
为数传系统定制“防辐射服”
避免太空强辐射
为了让卫星及时报告硬X射线望远镜这双明亮的“眼睛”探索到的太空秘密，五院西安分院科研人员给硬X射线调制望远镜卫星配了一名专属的“太空信使”——数传分系统，它的主要功能是将硬X射线望远镜搜集到的数据，实时传输到数据记录系统或通过无线方式传输到地面接收站。
硬X射线调制望远镜卫星将在轨服役四年，其间望远镜卫星将一刻无休地进行观测，这首先就要求数传分系统这个“太空信使”“身体倍儿棒”。据许兴介绍，四年间卫星的数传分系统在轨不间断工作，这在其他卫星上从未有过。太空强辐射环境和单粒子翻转等因素使得科研人员在研制的时候必须采取有效的手段，保证数传分系统的高可靠性。为了确保这个“太空信使”忠诚记录、长时间连续工作，五院西安分院科研人员像保健医生一样，通过抗辐照加固、三模冗余、定时刷新等手段提高产品“器官”自身抵抗力及自愈能力，确保这些“器官”能够正常工作。
“太空中的强辐射会对卫星的敏感器件等产品的寿命造成影响。”据许兴介绍，为了减少太空辐射，让卫星达到设计寿命，研制人员在卫星容易受辐射影响的部位加厚防辐射包裹，类似孕期的准妈妈常穿着防辐射服保护腹中的宝宝一样。
反复存储定时刷新
让系统免受“太空细菌”侵蚀
太空中的辐射相对来说还较容易得到化解，而免于单粒子翻转对卫星芯片等产品的影响则要复杂和艰难得多。
据介绍，单粒子翻转是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区，使器件逻辑状态翻转的现象。卫星和地面计算机一样，数据均是采用二进制的“0”“1”来存储、传输和读取。单粒子不定期来袭，数传分系统的某些器件如果受到高能单粒子的撞击，就会使存储的“0”变成“1”，或者“1”变为“0”，导致数据严重错误，重者会导致传输中断，更别说正确解读、实时传输天文数据了。许兴介绍，卫星上的一台台产品就好比人体的一个个器官，太空辐射、粒子就像数不胜数的“致病细菌”，这些“细菌”时刻企图侵蚀到“器官”内部，严重威胁着“器官”的健康。
对一般卫星而言，通常是将受到影响的卫星设备进行关机重启来纠正错误，而对于需要四年不间断工作的数传分系统来说，关机重启意味着数据中断，“太空信使”的任务目标就无法实现。五院西安分院的设计师们利用三模冗余、定时刷新等方法增强了卫星数传分系统的抗单粒子翻转能力。简单来说，三模冗余、定时刷新，就是将重要数据分别存储3次，也就是给1个数据做了2个备份。若数据被高能单粒子这个细菌篡改，系统会根据另外两个没有被改变的数据，进行自我修复。除此之外，卫星的数传分系统设置了数据的定时刷新功能，这样就保证了卫星数据存储和传输的正确性，也就保证了长达4年的“太空舞台剧”的直播可以不间断且高保真地进行。
杨毅介绍，硬X射线调制望远镜卫星的成功发射，拉开了中国人通过太空天文望远镜观测太空的序幕，这将加深我国对致密天体和黑洞引力场中动力学和高能辐射过程的认识，使中国高能天体物理观测研究进入国际先进水平。
记者关颖
