红外天文卫星巡天策略晨昏太阳同步轨道课件

1、红外天文卫星巡天策略晨昏太阳同步轨道课件红外天文卫星巡天策略晨昏太阳同步轨道课件2 报告主要内容什么是PAH 研究PAH的意义PAH探测的总体指标设计PAH探测红外天文卫星设计PAH探测的其它空间手段关键技术未来发展4 报告主要内容什么是PAH 3什么是PAH？ 研究PAH的意义IPAH：多环芳香烃 （Polycyclic Aromatic Hydrocarbon）多个苯环构成的碳氢化合物、含几十到上百个碳原子广泛存在于星际空间、恒星的星周盘、各类星系、彗星等控制着星际介质的化学和物理演化锁定10-20%的宇宙碳元素生命分子形成中的可能作用5什么是PAH？ 研究PAH的意义IPAH：多环芳香烃

2、4 研究PAH的意义II尚无PAH的全天观测法国AROME气球实验的低分辨率、低灵敏度银道巡天（ 0.510Jy ）日本IRTS的7天区低分辨率光谱巡天日本Akari暖任务期间的选源定点观测ISO、Spitzer等都是选源定点观测Arome全天观测数据行星状星云 NGC光谱6 研究PAH的意义II尚无PAH的全天观测Arome全5 PAH的光谱特征PAH在3-12mm波段内有多组发射线系,包括3.3,6.2,7.7, 8.6,11.2mm等；C-H拉伸(3.3 m)、C-H弯曲(8.6、11.3 m)、C-C拉伸(6.2、7.7 m)参照法国AROME，选择了通过寻找3.3mm发射线来普查PA

3、H的方法如果有更灵敏探测器和更大望远镜，并且能够覆盖到15 m，光谱探测是更好的方式。不过可以进行光谱试验性探测7 PAH的光谱特征PAH在3-12mm波段内有多6 如何观测PAH? PAH的主要发射带在3-15m的红外波段地球大气在红外波段有强烈吸收，即使在所谓的红外窗口，地球大气也有很强的背景辐射地面进行红外天文观测，常温望远镜的红外仪器辐射限制了望远镜的灵敏度红外天文观测一般都要去太空观测，即使大气窗口，也是空间观测灵敏度高得多 红外天文卫星8 如何观测PAH? PAH的主要发射带在3-17 PAH探测的初步考虑国内红外天文观测基础薄弱，探测灵敏度有限，最好从巡天做起；选择具有较少历史观

4、测数据的波段，灵敏度与国际数据有一定交叉 （10-4-10-5 Jy 或17星等）在国内现有技术基础上，通过一定的关键技术攻关，就能实现的技术能力作为科学目标确定的依据。 在波段、灵敏度、天区覆盖方面做了初步选择（右图 NICE）（Near-Infrared Chinese Explorer）9 PAH探测的初步考虑8 PAH搜寻与载荷设计同时对PAH 3.3mm 发射线及其两翼进行成像，两者对比寻找发射线；成像灵敏度17星等 (约0.05mJy)；进行全天区巡天，巡天时间 3年；望远镜观测视场约 1度，像元分辨率3 ；望远镜口径30cm，能够利用小卫星10 PAH搜寻与载荷设计9 望远镜探测

5、灵敏度计算对望远镜口径、工作温度、探测器噪声、暗电流、天光背景、工作寿命、系统灵敏度等进行了组合优化设计望远镜口径30cm、积分600s、PSF占4个像元3.3m窄带0.1mJy、3.3 m 宽带 0.03-0.04mJy比较：WISE口径40cm，温度12K，积分88.8s，RN 19电子，PSF占9个像元3.4 m宽0.4mJy11 望远镜探测灵敏度计算对望远镜口径、工作温10 红外卫星详细设计指标3年内获得全天的近红外星表与星图； 获得PAH源的光度、空间分布特性；望远镜灵敏度（10 min总曝光时间、5s信噪比）：16.0 Vega星等或0.12mJy（3.23.4mm）、17.5 V

6、ega星等或0.03mJy（2.74.0mm）；望远镜口径30cm，视场1x1，像元分辨率 3.5 （约3mm处）；指向稳定度：单次曝光时间内优于1；卫星总重量：350kg（含载荷150kg）。光学系统工作温度120K；探测器：1k1k,噪声200e,暗电流4mm,工作温度10分钟）保持稳定（1）天文应用红外探测器: 读出噪声低于200电子，多次非破坏性阅读能力，暗电流低于30电子/秒，波段覆盖到4.0mm，规模1k 1k（注：这个指标远低于国际水平）15 红外天文卫星关键技术14空间制冷利用晨昏太阳同步轨道良好的热环境，加上机械制冷，能够将光学系统制冷至150K以下，日本的红外望远镜AKAR

7、I是个很好的例子(加上自身制冷机制冷可以将光学系统温度降到50K以下)；初步热分析确认，在晨昏太阳同步轨道上，辐射制冷可以将光学系统制冷到120K左右，一个轨道内温度波动0.5K；加上望远镜的多级制冷机，可以将光学系统温度进一步降低降低漏热设计是热设计的关键目前国内（技物所）基本有空间制冷能力，研发过几个空间局部制冷卫星16空间制冷利用晨昏太阳同步轨道良好的热环境，加上机械制冷，15低温光学I国内低温光学系统研制能力较弱，只有过小口径全铝低温光学系统，不适用于天文卫星低温光学系统的技术核心在材料、设计、加工、检测、装调技术按照天文应用，主要的空间低温光学系统一般采用铍镜（美国）和碳化硅（SiC

8、）（其他国家）本团队针对PAH红外卫星和其他空间低温光学需求，研制了碳化硅光学系统SiC光学系统口径300mm，采用了背部柔性支撑，多元材料消热结构、消热设计。技术可以直接推广到1米级口径望远镜17低温光学I国内低温光学系统研制能力较弱，只有过小口径全铝16低温光学II建立了立式真空罐，避免装调过程中的重力变形采用了4D动态干涉仪进行干涉图采集低温光学系统达到了在133K温度下系统波前误差优于0.125m的性能，接近工作波段（3.3m）波长的1/30。完全满足PAH空间望远镜需求18低温光学II建立了立式真空罐，避免装调过程中的重力变形17 长时间稳定成像星敏感器卫星姿态测量精度较低，无法将卫

9、星控制到天文观测需要的稳定度，需要依靠导星仪，即利用主光路星像来测量卫星指向研究团队进行了导星仪能力的研究分析，确定方案可行国内已有能力进行红外卫星高稳定导航，如SVOM等长时间稳定导航能力国内基本已解决19 长时间稳定成像18红外天文探测器I国际上天文红外探测器主要由美国Teledyne 、Raytheons ，法国Sofradir/LETI，英国Leonardo公司研发美国与欧盟的顶级红外探测器对中国禁运中国从事红外探测器的主要单位有：上海技术物理研究所、中电11所、兵器211所 国产探测器不能用于天文探测的主要原因是两个噪声：读出噪声大、暗电流大20红外天文探测器I19红外天文探测器II

10、美国Teledyne的 HAWAII 探测器系列 国内外红外探测器最核心指标比较（MCT探测器）读出噪声：国外，30-10电子，APD探测器0.2电子国内（技物所），500-100电子暗电流：国外： 0.1 e/s/pix国内：10000-1000-50（计划） e/s/pix最关键的是暗电流21红外天文探测器II美国Teledyne的 HAWAII 20红外天文探测器III国内红外探测器研制发展：2005年：暗电流10000-15000 电子/秒/像元 读出噪声：1000 电子目前： 暗电流1000 电子/秒/像元 读出噪声100-200 电子以上截止波长 2.5 um专项（计划2020年）：截止波长 1.7