爱因斯坦探针（EP）卫星首批观测成果发布 ，龙虾眼相机研制团队打造“宇宙焰火捕手”将推动时域天文学…

4月27日，爱因斯坦探针（EP）卫星任务发布了第一批在轨探测图像。

宽视场X射线望远镜（WXT）指向银河系中心的观测图像（X射线数据版权EP科学中心）

EP卫星自2024年卫星1月9日发射以来，在轨已经109天，星上搭载了国际首台宽视场X射线望远镜（WXT）和1台后随X射线望远镜（FXT）。

其中，WXT是目前国际上探测灵敏度和空间分辨率最高的大视场X射线望远镜，对发现宇宙中的新天体、新现象和新规律具有里程碑式的意义。WXT由中国科学院上海技术物理研究所与中国科学院国家天文台联合研制，其微孔光学（MPO）关键元件由北方夜视提供。

EP卫星宽视场X射线望远镜（WXT）研制团队主要成员在西昌卫星发射基地合影

WXT载荷负责人、中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员孙胜利表示，“仅载荷研制工程阶段，就历时7年，团队从概念验证开始，将一个个设想逐步变为现实，将不可能变为可能，现在这台望远镜终于‘张开了眼睛’，整个过程让人非常激动和振奋。”

大视场X射线聚焦成像

“黑科技”久攻不破

一般光学望远镜是通过光学器件对入射的光线进行折射或反射，将光线汇聚后在焦面上形成清晰的像。但是对于X射线望远镜来说，聚焦成像一直都是“黑科技”。

其主要原因是X射线光子能量非常高，很难被改变方向聚集起来成像，这些光子要么被普通的可见光望远镜直接吸收，要么直接透射穿过。

早在1979年，美国科学家Roger Angel就受龙虾眼全发射成像原理的启发，首次提出了一种仿生的X射线成像光学构型。这个光学系统可以满足大视场、高精度观测的需求，让天文学家们大为振奋，但因为研制难度太大，几十年来大视场“龙虾眼”相机的空间应用始终未能实现。

十几年磨一剑

打造国际首台高精度X射线

“广角摄像机”

自主研制龙虾眼相机究竟难在哪儿？WXT载荷主任设计师、上海技物所副研究员孙小进介绍，“典型的一片龙虾眼型微孔光学元件（MPO）是由玻璃材质制作而成的球面薄片，上面整齐排列着100多万个比头发丝还细的正方形通道，边长约40微米，壁厚只有8微米，内壁光洁度要达到1纳米以下。除了关键元部件的挑战，没有X射线光学系统装调测试平台是个让人‘头疼’的问题。”

通常光学系统在集成过程中，需要模拟载荷的实际工作状态，边装配边调试以保证每个光学部件达到理想精度，才能实现最佳的成像效果。但由于X射线“看不见，摸不着”，且难以进行折射与反射，科研人员在进行WXT集成装调的过程中，无法使用真实的X射线平行光进行调试，这就好比被“蒙上了双眼”。

这样苛刻的条件下，比如要实现48个探测器组件（4个一组）在空间三维尺度上达到0.05毫米的拼接精度，几乎是不可能完成的任务。

宽视场X射线望远镜（WXT）子模块

经过多年技术攻关，WXT研制团队终于实现了“从无到有，从落后到赶超”：成功研制出了MPO龙虾眼X射线光学组件；国际上大规模首次采用大面阵硅基CMOS探测器用于X射线天文探测；创新性地采用望远镜热量回收管理技术和在轨触发式处理技术；自主探索出基于可见光的“离线装调”技术，精确反演出载荷在轨性能；EP探路者试验模块（LEIA）在轨成功获取国际上首幅宇宙大视场X射线聚焦成像天图……终于，团队成功研制出了完整的WXT，该设备所有关键器件均为我国自主研发。

装调中的龙虾眼光学系统

同步实现高性能、

低资源、低功耗，

细节之处见真章

这样一个超高精度的“广角相机”，数据量惊人。如何在有限的处理芯片资源和低功耗环境下，实现望远镜对速率和性能的要求？WXT的峰值数据率为25.3G，相当于每秒生成25部1G的电影。

由于原始数据量过大，无法通过星地之间的链路进行传输，因此，必须先在卫星上进行在轨数据处理，再将有效的信息下传到地面科学运行中心。

WXT载荷软件主管设计师、上海技物所高级工程师薛玉龙介绍，“EP卫星是在茫茫宇宙中寻找天文事件，在海量的数据中找到最有效的信息是关键”。团队最终将处理后的速率最终降低为5.127Mb，在轨每秒可在150亿个像素中提取约1000个有效像素信息！

此外，为了更好实现高性能、低资源和低功耗之间的平衡，团队还创新性的采用了望远镜热量回收管理技术以降低能耗。

宽视场X射线望远镜（WXT）子模块装调

WXT载荷热控主管设计师、上海技物所工程师李军飞介绍，“载荷电子学部件工作时会产生热量，我们回收并利用这部分热量为光学系统提供保温，以防止MPO镜片发生热变形。最初整星需要为WXT提供270W的热控功耗，并且需要1.8平米辐射板供电子学散热，通过热量回收设计，WXT控温功耗降为115W，并减少了散热板面积，为整星减轻了重量并保障了大视场观测需求。”

精诚合作的产物

开放共享的典范

EP卫星项目从理论走向现实，是精诚合作的产物。WXT载荷科学家、国家天文台研究员凌志兴强调，“这是多维度的合作，包括了国内外机构的长期合作、中国科学院内部多个单位集中各家优势、研究院和企业共同攻关、科学家和工程师间深度交流、老中青三代成员携手与共。”

WXT是龙虾眼光学第一次在空间项目中的大规模应用，也是龙虾眼光学第一次投入真正意义上的天文观测研究。在轨测试期间，EP两台有效载荷就获取了多组宇宙天体的X射线科学观测数据，已探测到新的暂现源17例、恒星耀发168例，并发布全球电报10余条，引导国际上包括最大的Keck等多个光学和射电望远镜、空间X射线天文台开展了后随观测。探测到的新暂现源具有不同的起源类型，有潮汐瓦解恒星事件（TDE）、伽马射线暴、新的磁激变变星、新的X射线双星等，观测结果得到了国际同行的高度认可和关注，为国内外地面和空间望远镜协同观测提供了重要的指引。

随着EP卫星首批在轨观测图像发布,时域天文学将迎来跨越式新发展。下一阶段，EP将继续按照既定计划开展并完成在轨测试，加强国内外合作和数据开放共享工作，探测宇宙中转瞬即逝的“焰火”，为高能时域天文观测和研究做出有显示度的贡献。

原标题：《爱因斯坦探针（EP）卫星首批观测成果发布 ，龙虾眼相机研制团队打造“宇宙焰火捕手”将推动时域天文学跨越发展》

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