爱因斯坦探针卫星百日探得17枚“宇宙烟花”，上海研发“龙虾眼”立大功

EP卫星在轨运行艺术示意图（图/中国科学院国家天文台）

4月27日，由中国科学院牵头实施的爱因斯坦探针（EP）卫星任务发布了第一批在轨探测图像。自今年1月发射入轨并开机后，EP卫星已探测到新的暂现源17例、恒星耀发168例。在这些追踪"宇宙烟花"的成功背后，一台凝聚着上海科研人员智慧的载荷功不可没。这就是国际首创的宽视场X射线望远镜（WXT载荷）。

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）

太空中，在一体式桁架的支撑下，WXT如一朵缓缓展开的莲花。它由12个望远镜模块集成而成，视野覆盖了约1/11个天区，凝视其中哪怕最暗弱的一点"宇宙烟花"的迹象。

首次将"龙虾眼光学"搬到天上，WXT即将承担起时域天文学的观测重任：它满足了这个新兴的天文领域既需要一个约3600平方度的立体角来监测天区，又能捕捉到宇宙极深远处"宇宙烟花"传来的暗弱X射线的苛刻观测需求。

然而，传统聚焦X射线望远镜的视场不超过1平方度。如何突破这个瓶颈？中国科学院上海技术物理研究所联合中国科学院国家天文台的科研团队，展开了长达七年的攻关。

"龙虾眼"成天文望远镜"新宠"

有着"宇宙烟花"之称的伽马暴，是宇宙中最剧烈的爆发现象，一般发生在大质量恒星死亡或黑洞诞生之际。伽马暴释放的X射线粒子的能量非常高，因此它们极难被望远镜聚焦。

"传统聚焦型X射线望远镜的视场都不到1平方度。"EP卫星首席科学家助理、中国科学院国家天文台研究员张臣解释，如果视场一宽，就会有各种不同来源的高能粒子前来干扰，"这就好比要听清微弱如游丝的声音，就必须在极其安静的房间里"。

然而，随着引力波的发现，时域天文学近年迅速兴起。张臣说，捕捉到黑洞诞生引发的引力波，就如"闻其声"，只有观测到同步释放的电磁辐射，才算是"观其形"，所以天文学家希望能在第一时间发现"宇宙烟花"，并迅速启动多方观测。

要捕捉"宇宙烟花"这样的随机事件，监视设备的视场当然越大越好。在时域天文学家看来，这个理想视场就是一个大致为3600平方度的立体角，这个需求比起之前不到1平方度的视场，足足上升了1000倍！

七年前，当看到国家天文台提出的技术要求，中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所党委书记孙胜利十分惊讶：这等于要造一台既是望远镜、又是显微镜的"矛盾"设备。

装调中得龙虾眼光学系统

苦苦寻觅之下，"龙虾眼结构"给WXT研制团队带来了灵感——把龙虾眼放到显微镜下，就会显现出成千上万个微小的方孔，这些方孔排列在一个球体上，将光线反射到眼球的中心。WXT载荷主任设计师、上海技物所副研究员孙小进解释，这些华夫饼一样的方孔，其侧壁好似镜子，能把来自特定目标的极微弱光线传到同一焦点上，从而在黑暗中看清极其微弱的明暗变化。这不正是时域天文学家所需要的吗？他相信，未来它会成为X射线巡天扫描设备的"新宠"。

紧扣工艺极限造出"龙虾眼"

其实，早在上世纪七十年代，就有美国科学家提出"龙虾眼结构可突破X射线望远镜视场局限"，但为何迟迟没有付诸实施？那是因为长期以来，光学器件加工水平达不到要求。

在WXT上，每片"龙虾眼"镜片由约百万个方形玻璃管道拼接而成，玻璃方管的孔径只有40微米，壁厚仅8微米，连一根细发丝也插不进。几乎扣着参数极限，整个研制团队苦思冥想各种解决方案。经过不断尝试探索， 团队携手北方夜视公司攻克了微孔光学（MPO）关键元件制造难题。

WXT载荷软件主管、上海技物所高级工程师薛玉龙回忆，他们曾经有整整三个月，每天都熬夜到凌晨3点。即使在超大工作量下，团队依然对出错"零容忍"。48片探测器，每片的接线超过600条，每片都要经过4次以上检查，并记录留存60片电路板，每块有323个焊盘，每块都要进行5次以上检查，也都要一一记录留存……

最终，WXT载荷团队让"龙虾眼"在软硬件性能指标上都获得了高分。在2022年发射的空间新技术试验卫星上，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，并已在一年内发现了几十个"宇宙烟花"。

宽视场X射线望远镜（WXT）首次报告的暂现源（X射线数据版权EP科学中心）

由于采用了独门算法，"龙虾眼"的数据处理能力堪称业界一流：探测器产生数据速率相当于每秒产生25部1G电影；通过星上处理算法，可将数据量压缩4.1万倍，相当于大海捞针般找寻有用信息；芯片耗电还特别省。

"长达七年的研制过程，科学家与工程师经过了无数次磨合，载荷指标也经过几次升级，数量也从9个模块优化为12模块。"张臣说，对于超越极限、追求卓越的追求是一致的，未来研制团队还将携手挑战更高目标。

　　作者：许琦敏

文：许琦敏 图：受访者提供 责任编辑：任荃

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