신화사 소식에 따르면 베이징 시간으로 2017년 6월 15일 11시 00분 중국이 쥬췐위성 발사센터(酒泉卫星发射中心)에서 창정4호 을(长征四号乙)탑재 로켓으로 세계 첫번째 하드X선 변조 망원경(Hard X-ray Modulation Telescope.HXMT) 위성’후이옌(慧眼)’을 성공적으로 발사했다. 동시에 이는 중국 창정 시리즈 로켓의 제248차발사임을 지적했다.

이 망원경의 하늘에 오름에 따라 중국 12.5계획기간 우주공간 전략 선도 프로젝트가 원만한 마침표를 찍었다.그야 말로 오늘 아침에 꿈을 이룬 것이다.

12.5계획 기간 우주 공간 전략 선도프로젝트 첫번째 비준 계획으로는 양자 통신위성, 암물질 위성, 실천10호 위성, 하드X선 우주 망원경 위성 등 4개 별이 포함됐다.

그러면 아래에 하드X선, X선과 블랙홀 그리고 중국의 하드X선 망원경의 대단한 점을 언급하기로 한다.

하드X선:

하드X선이란 촉감이 굳거나 혹은 입감이 바삭바삭한X선이 아니라 파장이 비교적 짧은 즉 에너지량이 비교적높은X선이다.

이것은 마치도 사람들이 몇개 ‘하드 요리’를 맛보는 것 처럼 이 하드가 요리를 씹기가 좋지 않다는 것이 아니라식자재와 입맛이 미식 맛보기를 더 잘 만족시킴을 의미한다.

구체적으로 말하면X선은 파장이 0.01nm(나노미터)내지 10nm간 전자파이다. 파장이 0.1 nm인X선이 하드X선으로 인정된다.

세심한 사람은 하드X선 파장 범위가 일부 감마선과 중첩되는 것을 발견하게 된다. 그러므로 세부적으로는 방사선의 방사로 구분할 수 밖에 없다. 하드 선은 고에너지 전자 가속에서 기인하고 감마선은 원자핵 붕괴에서 발생한다.

X선 천문학

X선 천문망원경은 인류의 우주 관찰을 위해 새로운 시야를 개척하고 있다. X선으로 우주를 관찰하면 인류는 우주가 더는 눈으로 본 것처럼 평온하고 조용하지 않는 것을 발견하게 된다.

블랙홀의 거대한 인력이 인근 항성을 찢어놨다. 천지를 뒤흔드는 과정에서 항성과 블랙홀이 하늘에 울려퍼지는 고함소리와 함께 수억광년을 횡단하면서 지구 부근에 왔다. 그러나 이 과정이 인간의 육안으로는 볼수 없고현재로서는X선 형식으로 관련 탐지기로만 감지할 수 있다.

그리고 항성계의 충돌과 융합, 초신성의 폭발과 중성자별 탄생, 이러한 우주가운데 깊은 감명적이며 파란만장적인 장면을 모두X선 천문망원경으로 관찰할 수 있다.

하드X선은X선에 비해 에너지가 더욱 높다. 이것은 블랙홀 내지 우주 형성 초기단계 모양을 연구하는데 매우 관건적 밴드이다. 일찍 지난세기 90년대 초반 미국 국가과학연구 위원회(United States National Research Council)가 하드X선 영상을 90년대 우주공간 고 에너지 프로젝트의 최우선급으로 지정했다.

그러나 20여년이 지난후 하드X선을 유람할 수 있는 우주망원경이 아직 성숙된 모델을 내놓지 못했다. 이는 인류 천문관측영역 공백을 메울수 있는 중요한 화면퍼즐이라고 할수 있다.

중국X선 망원경

이 화면퍼즐은 중국의 하드X선 망원경으로 실현하게 된다. 이 망원경의 명칭은 HXMT(하드X선 변조 망원경)로서 애칭은 ‘후이옌(慧眼)’이라고 부른다. 사람들은 후이옌이 하루 속히 우주중 진주들을 식별해 내기를 기대한다.

중과원(中科院) 고에너지 물리소(高能物理所)의 공식 데이터로 중국의 하드X선 우주 망원경이HE,ME 와LE를탑재한 것을 알수 있다. 즉 고에너지, 중에너지와 저 에너지 등 3종 탐지기이다.

그중HE 즉 고에너지는 주로20-250 keV하드X선 탐지 임무를 담당한 부분으로서 HXMT의 주요 탑재의 하나이다. 이 탐지기는 18개의 요오드화 나트륨(탈륨)/요오드화 세슘(나트륨) 복합결정체 주탐지기와 준직기로 구성됐는데 주 탐지기의 사야장은 18개 격자로 방향을 잡는 준직기로 제어한다.

ME 즉 중 에너지는HXMT의 효과적인 탑재의 서브시스템으로서 탐지기는 864개 실리콘 태양 이극관(Si-PIN)배열 탐지기 기술 방안을 채용했는데 총체로 1944개 탐지기 개체를 가지고 있으며 탐지기 면적은 952 c㎡, 포괄 에너지구는5-30 keV에 달한다.

LE는 스웹트 차지 디바이스(Swept Charge Device,SCD)에 준직기 기술 방안을 채용했다. LE의 에너지 포괄범위는1-15 keV, 탐지면적은 약 382 c㎡, 에너지 해상도는 450 eV보다 작거나 같으며 시간 해상도는 1 ms이다.

국제적으로 중국에 앞서 미국, 일본 등 국가들이X선 우주 망원경을 발사했다. 그러나 이러한 망원경들 중 일부는 전문 하드X선 자체이고 우주공간을 볼수 없었고 일부는 우주를 유람하지만 아직 하드X선 범위에 진입하지못했다.

중국의 하드X선 우주 망원경은 마침내 하드 선과 하늘 유람 등 두개 특성을 결합했다.

지금까지 인류는 우주 중 70여개 하드X선 천체를 관측했다. 매개 하드X선 천체마다 명실이 상부한 ‘고에너지천체’였다. 만일 중국의 하드X선 우주 망원경이 우주 유람을 완성한다면 인류가 발견하게 되는 하드X선 천체숫자가 1천여개로 증가할 전망이다.

총체적으로 보면 중국 최초 하드X선 우주망원경 특징은 ‘3고1대1상’으로 요약할 수 있다.

‘3고’란 고해상도, 고감도와 고위치 정밀도이다. ‘1대’란 하늘 유람 관측범위가 커 진정으로 360°유람을 실현하게 된 것이다. ‘1상’이란 이 망원경의 하늘에 오름은 지면 망원경에 비해 여러가지 우세를 가진 점이다.   

사람들이 휴대폰으로 경치를 촬영할때 휴대폰 카메라 성능이 관건요인이며 또 손을 떨지 말아야 한다. 하드X선 우주 망원경을 탑재한 위성이 바로 이 흔들림 없는 손과 같다. 움직이지 않는 것이 선명한 화면을 담는 중요한 보장이다.

중국의 하드 선 우주 망원경은 우주 공간 한 개 방향을 향해 3축 안정적 관측을 할 수 있다. 위성에 설치한 고성능 회전의와 자채 통제 시스템으로 이 우주 망원경이 특정 구역을 ‘응시적’ 관측을 할 수 있게 한다.

최고급 응시적 관측으로 중국 망원경이 곧바로 우주 먼지로 가려진 거물급 블랙홀 비밀을 밝하게 된다.

위성 플랫폼 설계가 우주망원경 성패에 대해 관건적 작용을 일으킨다.

스자쿠(朱雀) 일본X선 망원경의 선 탐지기가 매우 선진적이며 민감도도 매우 높았다. 고해상도를 취득하기 위해 일본기술자들은 모든 대가를 아끼지 않고 액체 헬륨으로 민감기를 냉각함으로서 현재 인류의 과학기술 수준 조건에서 최저 온도를 취득하려 시도했다. 결과 위성 플랫폼 설계가 잘 되지 못하고 액체 헬륨 소모속도가예기를 초과하여 거물급 블랙홀을 관측한후 이 탐측기가 효과를 상실했다.

2016년 일본이 새로운X선 우주 망원경을 또 발사했다. 이 망원경 탐지기 성능이 더욱 강력했지만 이 탐지기를탑재한 위성 플랫폼 자태 제어 시스템에 문제가 발생했다.

자태 제어 시스템 코드를 잘못 편집한 것이다. 위성 자태 각도에 편차가 출현할때 자태 제어 시스템 추진기가편차 바로 잡기에 전력했지만 방향이 반대로 됐다. 위성은 자태를 바로 잡지 못했을뿐만 아니라 오히려 오차가더욱 큰 곳으로 전환됐다. 후에 추진기 화력을 전부 열고 위성이 전체적으로 우주공간에서 회전하기 시작했다.최종적으로 추진기의 거대한 추진력이 갈수록 빨라진 위성을 추진하여 위성은 거대한 힘을 감당할 수 없게 되고 구조가 부서졌으며 우주공간에서 해체됐다. 예기 수명이 10년으로 된 위성이 결과 3일동안만 작업을 하고말았다.

중국의 하드X선 우주 망원경 시설은 중국 우주비행 기술 몇십년동안의 기술 누적을 사용하여 매우 평온하게됐다. 그리고 중국의 하드X선 우주 망원경은 응시라는 작업 모식 뿐만 아니라 기타 두가지 비법을 가지고 있다.

위성의 한 측면은 태양을 향하고 망원경 광축은 태양 벡터의 평면내에서 천천히 회전하면서 스캐닝을 진행하는데 회전 속도가 매 한 궤도에서 약 360°에 달한다. 이것은 세계 기타 국가들의 천문과학자들이 매우 부러워하는 공간 유람방식이다.

위성의 만속 스캐닝으로 특정 구역에 대한 심도 영상 관측을 완성하는데 스캐닝 궤적 간격이0.1°,0.2°,1°로서선정을 할수 있으며10°반 콘각도 구역을 전면 포괄할 수 있고 스캐닝 속도는0.01°/s,0.03°/s,0.06°/s등으로 역시 선정이 가능하다.

이것이 바로 다종 관측 임무의 구역 스캐닝을 원활하게 대응하는 관측 방법이다.

중국의 이 하드X선 우주 망원경이 하루 속히 전 인류를 위해 범위가 더욱 광활하고 해상도가 최고인 하드 선 우주 유람 영상을 촬영하며 인류의 우주 탐색사업에 대해 중대한 기여를 하기를 바란다.

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　　本文原题目：今朝梦圆！中国首台硬X射线太空望远镜升空！

　　根据新华社消息，北京时间2017年6月15日11时00分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号乙运载火箭，成功发射世界第一颗硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”。这次发射还搭载了国内外3颗小卫星。同时要指出的是，这是中国长征系列火箭的第248次发射。

　　伴随着这颗太空望远镜的升空，我国十二五期间的空间战略先导专项画上了完满的句号，可谓是今朝梦圆。（十二五期间的空间战略先导专项首批计划包括4颗星：量子通信卫星、暗物质卫星、实践十号卫星、硬X射线太空望远镜。）

　　小火箭在本文于大家共同探讨以下3个问题：

　1。 什么是硬X射线

　2。 X射线与黑洞

　3。 中国的硬X射线望远镜有多厉害

　硬X射线

　　硬X射线在这里并不是指触感坚实或者口感酥脆的X射线，而是波长比较短（也就是能量比较高）的X射线。这就像我们说的吃几个“硬菜”，这个硬并不是指菜不好咬，而是指食材和口味更能够满足吃货的信仰。

　　具体来说，X射线是一种波长在0.01纳米到10纳米之间的电磁波。波长小于0.1纳米的X射线被认定为硬X射线。说起来，细心的你或许已经发现，硬X射线的波长范围（0.01纳米到0.1纳米）已经和一部分伽马射线重叠了。嗯，在细节上只好用射线的辐射来源来区分了：硬X射线来源于高能电子的加速，而伽马射线来自于原子核的衰变。

　　X射线天文学

　　X射线天文望远镜为人类观测宇宙开拓了新的视野。以X射线观察宇宙，人类发现宇宙不再像肉眼所见的那样祥和与寂静。（上图红色部分为银河系红外图像，蓝色部分为银河系中心的X射线成像特写。）

　　黑洞的巨大引力撕碎了临近的恒星，在那惊天动地的过程中，恒星与黑洞爆发了响彻霄汉的嘶吼，穿越数亿光年的距离来到地球附近。不过这个过程非肉眼凡胎可见，目前只能以X射线的形式被相应的探测器感知到。

　　而星系的碰撞与交融、超新星的爆炸与中子星的诞生，这些宇宙中荡气回肠、波澜壮阔的场景，都仰赖X射线天文望远镜来观测。

　　硬X射线比X射线的能量更高，这是研究黑洞乃至宇宙形成的早期阶段的样貌非常关键的波段。早在上世纪90年代初，美国国家科学研究委员会就把硬X射线成像列为90年代空间高能项目的最高优先级了。

　　然而，20多年过去了，能够实现硬X射线巡天的太空望远镜还没有出现成熟的型号。可以说，这将是添补人类天文观测领域空白的一块重要的拼图。

　　中国硬X射线望远镜

　　这块拼图，将由中国的硬X射线太空望远镜来拼上。该星大名为HXMT，昵称为“慧眼”。小火箭期待慧眼能够早日识出宇宙中的颗颗明珠。

　　小火箭按照中科院高能物理所的官方数据，可以发现：中国这台硬X射线太空望远镜搭载了HE、ME和LE也就是高能、中能和低能3类探测器。

　　其中，HE也就是高能主要负责20~250 keV的硬X 射线探测任务，是HXMT 的主要载荷之一。该探测器由18 个碘化钠（铊）/ 碘化铯（钠）复合晶体主探测器和准直器组成，主探测器的视场由18个不同栅格取向的准直器来限定。

　　ME也就是中能是HXMT 有效载荷的子系统，探测器采用864 片硅光二极管（Si-PIN）阵列探测器的技术方案，共有1944 个探测器单体，探测面积为952 平方厘米，覆盖能区为5~30keV。

　　LE则选用扫式电荷器件（Swept Charge Device，简称SCD）加准直器的技术方案。LE 的能量覆盖范围应在1~15 keV，探测面积约382 平方厘米，能量分辨率小于等于450 eV，时间分辨率小于等于1毫秒。

　　国际上，在中国之前，美国、日本等国家发射过X射线太空望远镜，但是这些望远镜有的专注于硬X射线本身而不能巡天，或者有着能够巡天但其观测波段尚未进入硬X射线范围。中国这颗硬X射线太空望远镜则终于结合了硬X射线和巡天这两大特性。上图为美国1999年发射的钱德勒X射线太空望远镜。

　　小火箭查看以往的探测历史发现，迄今为止人类共观测到了宇宙中70多个硬X射线天体（每一个都是很厉害的，都是名副其实的“前方高能”）。而如果中国硬X射线太空望远镜完成巡天的话，人类发现的硬X射线天体的数量则有望从70多个跃升为上千个。小火箭想一想就觉得很开心。

　　（上上图为钱德勒X射线望远镜拍摄到的一颗超新星爆炸时释放的X射线，上图为该望远镜拍摄的一颗中子星周边的强大X射线。）

　　总体说来，小火箭觉得中国首个硬X射线太空望远镜的特点可以概括为“三高一大一上”。（哈哈，感觉是在给中国科学事业做广告了，自己也惊讶地发现居然也能写出类似广告文案的文字）。

　　这“三高”分别指：高分辨率、高灵敏度和高定位精度。“一大”指的是巡天观测范围大，真正实现了360°巡天。“一上”指的是这台X射线望远镜上了天，比在地面建设的望远镜有诸多优势。有关分辨率和灵敏度的数据见小火箭上面的文字，而这个高定位精度则是搭载硬X射线太空望远镜的卫星平台提供的。

　　我们在拿手机拍摄景色的时候，会有个体会：手机摄像头的性能是关键因素，而手不要乱抖，拿得稳也是拍出清晰画面的重要保障。搭载硬X射线太空望远镜的卫星就是这个稳稳的手。（小火箭也期待大家能够说，小火箭讲的卫星和火箭相关的文章，稳！[害羞]）。

　　中国的硬X射线太空望远镜能够对准惯性空间的一个方向进行三轴稳定观测。得益于卫星上面高性能的陀螺仪和姿态控制系统，这台太空望远镜能够实现对特定天区的“凝视”观测。

　　最是那深情的凝视，即将揭开被宇宙尘埃遮住的巨型黑洞的奥秘。小火箭等着你的好消息。

　　卫星平台的设计对太空望远镜的成败起着关键作用。小火箭想起了日本的那颗名为“朱雀”的X射线望远镜。那上面的X射线探测器不可谓不先进，灵敏度不可谓不高。为了获得高分辨率，日本工程师不惜代价用液氦来冷却敏感器，以便获得目前人类的科技水平条件下能够获取的最低的温度。结果卫星平台设计的不够好，液氦的消耗速度远超预期，在观测到巨型黑洞后不久，这个探测器就失效了。

　　2016年，日本又发射了新的X射线太空望远镜，其探测器的性能更加强大。但是，搭载该探测器的卫星平台的姿态控制系统出了问题。用于姿控系统的代码写错了，当卫星姿态角出现偏差时，姿控系统的推进器开始奋力工作纠偏，结果方向喷反了。卫星非但没有摆正姿态，反而超误差越来越大的地方转。后来推进器火力全开，卫星整个在太空高速旋转了起来。最终被推进器的巨大推力推动着转得越来越快的卫星无法承受巨大的力量，结构碎裂，在太空中解体。预期寿命10年的卫星只工作了3天。

　　搭载中国的硬X射线太空望远镜使用了中国航天技术几十年来的技术积累，小火箭觉得一定会稳稳的。而且，中国硬X射线太空望远镜不仅仅有定点凝视这一种工作模式，还有另外两个绝活：

　　卫星一侧指向太阳，望远镜光轴在垂直于太阳矢量的平面内慢旋扫描，旋转速率每一个轨道约360°。这就是让世界上其他国家的天文科学家羡慕的巡天模式；

　　卫星通过慢速扫描完成对特定小天区的深度成像观测，扫描轨迹行间隔0.1°、0.2°、1°可选，可实现10°半锥角天区的全覆盖，扫描速度0.01°/s、0.03°/s、0.06°/s可选。这就是可以灵活应对多种观测任务的小天区扫描观测模式。

小火箭与大家一起期待中国这颗硬X射线太空望远镜早日为全人类绘制出范围最广、分辨率最高的硬X射线巡天图像，为人类的太空探索事业做出重大贡献！

/新华社

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