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“慧眼”硬X射线调制望远镜

“慧眼”硬X射线调制望远镜

“慧眼”（英文名Insight）硬X射线调制望远镜（HardX-rayModulationTelescope，简称HXMT）卫星是中国第一个空间天文卫星，是既可以实现宽波段、大视场X射线中国空间站工程巡天望远镜又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱的空间X射线天文望远镜，同时也是具有高灵敏度的伽马射线暴全天监视仪。“慧眼”的命名涵义之一是为了纪念推动中国高能天体物理发展的已故科学家何泽慧。

2017年6月15日，HXMT卫星发射成功，开展科学观测。

2018年1月30日，中国首颗X射线天文卫星“慧眼”正式交付，投入使用

中国科学院高能物理研究所研究团队利用慧眼卫星开展了X射线脉冲星导航实验，定位精度达到10公里之内（3倍标准偏差），进一步验证了航天器利用脉冲星自主导航的可行性，为未来在深空的实际应用奠定了基础。这一成果于2019年8月21日在美国《天体物理杂志》（增刊）正式刊出。

研发历史

1993年李惕碚在中科院高能物理所做X射线观测时，和同事提出了一种新的成像技术——直接解调方法。他们研制的新式硬X射线探测器，搭载高空气球上天观测了黑洞，得出了比美国同行好得多的结果。之后，李惕院士顺理成章地提出，把这个探测器放到太空中去、也就是“硬X射线调制望远镜”（HXMT）的构想。

2000年，“973”项目“天体高能辐射的空间观测与研究”立项，在随后的5年里，中国科学院星高能所与清华大学合作对硬X射线调制望远镜进行预研，建成了HXMT望远镜地面样机。

2005年，HXMT作为中国第一颗天文卫星纳入“十一五”科学规划。然而基于对新技术的怀疑，一些科学家要求重新评审。于是中科院又组织了多次论证会议，最终HXMT再次得到专家们的普遍认可和支持，中科院2006年7月再次优先推荐HXMT为“十一五”自主空间科学项目。

2005年8月和2007年3月，HXMT作为中国第一台太空望远镜被列入国家《“十一五”空间科学发展规划》和《航天发展“十一五”规划》。

2007年3月，中国发布《“十一五”空间科学发展规划》，提出“自主研制硬X射线调制望远镜，计划2010年发射上天，实现我国空间天文卫星零的突破，在黑洞物理研究等领域取得突破”。世界各大通讯社以及《科学》等媒体马上进行报道。同年10月，国务院批准《航天发展“十一五”规划》，要求“优先支持面向重大科学问题的自主创新项目，研制硬X射线望远镜”。

2008年4月，原国防科工委委托中国国际工程咨询有限公司（简称中咨工程有限公司）完成了HXMT卫星立项可行性评估，核定卫星工程总经费约人民币10亿元。

2011年3月，硬X射线调制望远镜卫星工程由国家国防科技工业局与财政部共同批复立项，正式进入工程研制阶段。用户单位为中科院，中科院将该工程纳入空间先导专项计划。其中卫星、运载火箭分别由中国航天科技集团中国空间技术研究院、上海航天技术研究院研制，地面测控系统由西安卫星测控中心负责，中科院国家空间科学中心、遥感与数字地球研究所和高能物理研究所分别负责地面应用系统建设及卫星数据接收、处理、分发和科学应用。

2017年6月15日11时00分，中国在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射首颗X射线空间天文卫星“慧眼”。此次发射任务是长征系列运载火箭的第248次发射。

2018年1月30日，中国首颗X射线天文卫星“慧眼”正式交付，投入使用。

功能特点

慧眼HXMT望远镜全称硬X射线调制望远镜卫星（HXMT），是继中欧合作地球空间探测双星、“悟空”号暗物质粒子探测卫星和“量子科学实验卫星”号量子科学实验卫星之后，中国又一颗重要的空间科学卫星。

慧眼HXMT望远镜设计寿命4年，呈立方体构型，总质量约为2500kg，装载高能、中能、低能X射线望远镜和空间环境监测器等4个探测有效载荷，可观测1～250keV能量范围的X射线和200keV～3MeV能量范围的伽玛射线。卫星采用直接解调成像方法，通过扫描观测可以完成宽波段、高灵敏度、高分辨率的空间X射线成像，具有复杂的热控保障、对地测控与数传保障以及载荷长期工作下的能源保障能力。

“慧眼”卫星应用我国科学家首创的直接解调成像方法，实现宽波段、高灵敏度、高空间分辨率X射线中国空间站工程巡天望远镜、定点和小天区观测，在世界现有X射线天文卫星中，具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力等优势。卫星研制过程中，攻克了诸多设计难题，取得了X射线探测载荷一体化设计与实施、惯性空间任意姿态下对地测控与数传链路保障技术等多项技术突破，有力促进了新型元器件、特殊材料制备、载荷结构高精度加工等的发展。

在轨测试期间，“慧眼”卫星开展了多个天区的扫描成像观测和对特定天体的定点观测，开展了伽马射线暴监测等应用测试，验证了卫星的各项功能和性能，取得了银道面扫描监测、黑洞及中子星双星观测、伽马射线暴、引力波电磁对应体探测、太阳耀发、特殊空间环境事件等初步科学成果。

工作模式

慧眼HXMT望远镜的主要工作模式包括中国空间站工程巡天望远镜观测、定点观测和小天区扫描模式。卫星发射入轨后，将开展四个方面的空间探测活动：一是将对银道面进行巡天观测，发现新的高能变源和已知高能天体的新活动；二是通过观测和分析黑洞、中子星等高能天体的光变和能谱性质，加深对致密天体和黑洞强引力场中动力学和高能辐射过程的认识；三是在硬X射线/软伽玛射线能区获得伽马射线暴及其它爆发现象的能谱和时变观测数据，研究宇宙深处大质量恒星死亡以及中子星并合等导致的黑洞的形成过程；四是探索利用X射线脉冲星进行航天器自主导航的技术和原理并开展在轨实验。

科研成果

2017年8月，慧眼HXMT望远镜在GW170817引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区，对其伽马射线电磁对应体（简称引力波闪）在高能区（MeV，百万电子伏特）的辐射性质给出了严格的限制，为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献。

2017年10月16日，双中子星并合产生引力波(GW170817)联合观测成果全球发布，在该历史性事件的全球联测中，“慧眼”卫星对其高能电磁辐射对应体进行了监测，确定了伽马射线的流量上限。

2019年10月，科学家利用“慧眼”卫星进行系列观测，将对黑洞系统准周期振荡现象研究的能量上限从30keV(千电子伏特)提高到100keV，开启了研究黑洞系统的新窗口。

2021年7月20日消息，“慧眼”首次清晰观测到了黑洞双星爆发过程的全景，揭示了黑洞双星爆发标准图像的产生机制；完整探测到了第24太阳活动周最大耀斑的高能辐射过程，获得了耀斑过程中非热电子的谱指数演化，为理解太阳高能辐射随时间演化提供了新的观测结果。

2021年10月，中国科学院上海天文台观测高能天体物理组研究团队利用硬X射线调制望远镜卫星（“慧眼卫星”）在著名黑洞双星天鹅座X-1的软谱态时探测到88mHz的高能准周期振荡信号，相关研究工作已发表在《天体物理学期刊》（Astrophysical Journal）上。

现实意义

HXMT的成功发射和运行，将使中国在国际竞争激烈的的高能天体物理观测领域占有重要的一席之地。

慧眼HXMT望远镜所属的卫星2工程是国家国防科技工业局牵头组织实施的重大空间科学任务，将显著提升中国大型科学卫星研制水平，填补中国空间X射线探测卫星的空白，实现中国在空间高能天体物理领域由地面观测向天地联合观测的跨越。该星的投入使用使中国高能天文研究进入空间观测的新阶段，对提高中国在空间科学领域的国际地位和影响力具有重要意义。

“慧眼”卫星的“继任者”——中国领导的大型国际合作空间项目“增强型X射线时变与偏振空间天文台”已进入方案设计阶段。研制成功后，它将成为2027年后国际领先的旗舰级空间X射线天文台，其综合性能相比国际同类卫星有一个数量级以上的提升，将把中国的空间高能天文研究带入更高水平，将在探索极端宇宙中有更多更重要的科学发现。

2021年8月，认证磁星为宇宙神秘天文现象快速射电暴的一种起源；首次观测到黑洞双星爆发过程全景；完整探测到第24太阳活动周最大耀斑的高能辐射过程……今年以来，中国“慧眼”卫星的研究成果，频频在国际天文学界引起轰动。