背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器
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为了捕捉宇宙X射线——“天关”卫星大视场聚焦成像技术攻坚纪实
科技日报· 2025-12-18 11:30
文章核心观点 - 中国自主研发的“天关”卫星凭借其创新的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,在轨运行一年多已取得多项独有重大科学发现,包括发现新型X射线暂现天体、探测到银河系内X射线暗弱爆发天体等,其卓越的发现能力已得到验证,未来有望持续刷新人类对动态宇宙的认知 [1][9] 技术突破与创新 - “天关”卫星的核心技术是为其量身定制的微孔龙虾眼X射线聚焦成像技术,该技术使卫星具备极大视场(一次定点观测可覆盖约十一分之一天区)、高探测灵敏度和高定位精度,性能远超国际同类设备 [1] - 微孔龙虾眼光学器件的镜片研发是技术难点,团队历时近5年自主研发,在4厘米×4厘米的面积上集成近100万个方孔,并将镜片分辨率从十几角分逐步提升至3角分 [2][3] - 团队放弃了最初的气体探测器方案,转而自主研发天文级背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器,从设计到流片完成历时4年,并于2021年研制出首批样品,这是国内外首次将该类探测器成功用于天文在轨观测的尝试 [5][6] - 为确保CMOS探测器技术可靠,团队于2022年将实验样机送入太空进行在轨测试,期间虽发生故障,但经排查确认故障由特殊事件和器件偶发缺陷引起,探测器本身完全可靠 [6][7] 系统集成与工程实现 - 为解决X射线信号转瞬即逝、需及时下传的难题,团队基于北斗短报文系统,构建了覆盖全球的低轨科学卫星实时通信网络,攻克了卫星平台快速通信的挑战 [8] - 为在有限空间内最优布局12台“龙虾眼”望远镜和2台后随X射线望远镜,团队经过不下十轮迭代,最终采用三维空间桁架+支架的全新结构,解决了14台望远镜的布局与视场拼接难题,整体构型宛如一朵12瓣莲花 [9] 合作与产业化 - 在镜片研制遇到瓶颈时,北方夜视技术股份有限公司主动提出合作,双方共同推进了“龙虾眼”光学器件的研制工作 [2] 运行成果与影响 - “天关”卫星在轨运行一年多,已探测到160多例暂现天体,并成功引导全球各大空间和地面望远镜进行跟进观测 [9]