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X射线谱仪的发展及特点

2022.9.24

  发展

  X射线谱仪是我国绕月探测工程实现月球资源探测、研究月球组成预演化等的重要手段和有效方法之一。“在我国探月工程分三步走的进程中,通过一期嫦娥一号卫星有效载荷绕月工程在轨观测,我们将获得月球表面元素的种类及其含量、分布。有了月表元素分布图,就能为探月二期工程利用月球车登月后进行资源探测和进一步的科考研究提供依据,为研究月球的形成、演化模型和未来资源开发利用提供更进一步的验证信息。”

  20世纪70年代,美国Apollo-15、Apollo-16从环月轨道上各发射了一颗环月运行的科学卫星,卫星上就有荧光X射线探测器,首次在环月轨道上探测月表X射线荧光,进而研究月表的地质化学组成。2003年,欧空局发射的SMART-1卫星在0.5~10keV能区探测了镁、铝、硅的绝对分布;2007年9月日本发射的“月亮女神号”探月卫星搭载了一台X射线谱仪,也对月球元素进行了探测。同年,我国的“嫦娥一号”(CE-1)搭载一台X射线谱仪进去月球轨道。印度2008年将发射“月船一号”(Chandrayyan-1)探月卫星,搭载 了C1XS(Chandrayyan-1X-ray spectrometer)探测器(为SMART-搭载的D-CIXS的改进型)对月球低能X射线进行探测。

  20世纪90年代后,国际上兴起的新一轮探月热,因为月球是地球的天然卫星,更重要的还在于月球宝贵的资源和月球位置的价值。因为通过元素探测,我们可以知道月球上分布着哪些资源,将来开发月球时可选择在资源富集的地区,通过开采月球资源,满足人类社会的需求。”因此,对月球元素探测是一项很重要的科学研究。

  嫦娥一号卫星探测工程在国防科工委月球探测工程中心、航科集团探月卫星总体及中科院有效载荷总体部的领导下,用不到4年时间完成一项复杂而庞大的工程,开创了我国航天史上研制时间最短的先例。X射线探测器作为中科院承制的有效载荷之一、我国深空X射线探测能段首例,在研制进程中遇到不少困难。

  特点

  X射线谱仪X射线探测器具有灵敏度高、分辨率好、重量轻及功耗低等特点,但易受到外界干扰,特别是温度的影响。由于我们探测器入射窗是暴露在卫星外,月球表面的昼夜周期极限温度变化非常大,温度环境对探测器性能有影响;另外探测器采用的硅半导体阵列,每片厚度仅微米数量级,承受外力的能力差和弱探测信号等不利因素都给设计、研制、温控,特别是工艺设计等方面带来不少困难。

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