深邃而神秘的太空从不平静。星辰大海中日复一日的斗转星移、绕行伴飞，黑洞张开大嘴吞噬光线，超新星突然爆发、中子星意外形成，恒河沙数的各类天体在太空这个大舞台上无时无刻不上演着一幕幕“太空舞台剧”。
观看太空舞台剧不仅是无数天文学家、物理学家梦寐以求的愿望，也是数千年来人类的共同愿望。6月15日，航天科技集团五院研制的“中国哈勃”——我国第一颗大型天文卫星——硬X射线调制望远镜卫星成功发射。从今天开始，航天科技将为您带来长达4年的“太空舞台剧”直播，进一步揭开太空的神秘面纱。
望远镜被搬到太空
早在几千年前，人类就开始肉眼观测星空，试图找出它们的运行规律。后来又发明了各类天文仪器，借助这些仪器设备，人类将“欲穷千里目”变为了现实。当前，人们可以利用地基观测和轨道观测等手段对天文现象进行观测。地基观测便是我们熟知的在地球上建立天文台，通过各种天文望远镜，针对可观测到的天体进行长时间各种的图片及数据收集。轨道观测，就是将天文仪器设备发射到太空特定轨道，目前少数国家已经实现了这种观测手段，最著名的就是美国的空间望远镜“哈勃”。航天科技集团五院研制的硬X射线调制望远镜卫星成功发射后，填补了我国轨道观测的空白，使中国跻身于太空观察员俱乐部，中国的科技人员将借助这颗望远镜卫星对宇宙中的各类硬X射线进行近距离观察。
在宇宙中，脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、黑洞等都会射出X射线，如果可以接收到这些射线加以分析，就能勾画出这些天体的轮廓，对人类探索太空具有重要意义。航天科技集团五院西安分院硬X射线调制望远镜卫星数传分系统技术负责人许兴介绍，之所以要将硬X射线望远镜卫星发射到几百公里之外的轨道，是因为地基观测仍然存在很多不足，比如X射线穿越地球大气层时会出现严重衰减，地面观测的准确性、全面性就大打折扣。
据五院西安分院主管遥感数传类卫星研制的杨毅副院长介绍，并不是所有的空间望远镜都能够实现对X射线的观测，比如我们熟知的“哈勃”就无法观测X射线，只能够观测太空中的可见光波段。杨毅表示，可见光波长范围在390-780纳米，而X射线的波长比可见光波长小得多，必须用专门的X射线望远镜才能观测。
据介绍，X射线波段范围是0.001-10纳米，很多的天体活动就是以发射X射线为表征，如果对它有足够的认识，人们将得以一窥黑洞等天体运动的神秘。1999年发射的美国钱德拉X射线望远镜及同时期进入太空的欧洲牛顿卫星，作为21世纪初天文学最主要的观测设备，开启了X射线天文学的新时代，取得了一大批重要的研究成果。
美中不足的是，人类派出的这些先遣卫星只能看到波长在0.1-10纳米的X射线(被称为软X射线)，对于能量较高，波长在0.01-0.1纳米之间的X射线(被称为硬X射线)只能“视而不见”，自然也将失去很多太空舞台剧的细节和精彩。我国自主研制的第一个天文卫星则是“前排VIP观众”，是世界上灵敏度和分辨率最高的硬X射线望远镜卫星，有望发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体。
忠诚的太空信使为您直播
中国人第一次把天文望远镜搬上了太空轨道，除了得益于发射技术和测控技术外，更得益于高端的卫星数据传输技术。试想一下，即使我们有能力派出航天员长期驻守空间站，透过望远镜去观察宇宙奥秘，如果一刻不休地对数据进行观察和记录将是多么辛苦的工作。事实上，科学探索项目也是有优选设定和需要考虑工程经济性的。
为了让卫星及时向祖国报告硬X射线望远镜这双明亮的眼睛探索到的太空秘密，五院西安分院科研人员给硬X射线调制望远镜卫星配了一名专属的“太空信使”——数传分系统，它的主要功能是将硬X射线望远镜搜集到的数据，实时传输到数据记录系统或通过无线方式传输到地面接收站。
这是一个忠诚、勤劳、专业的太空信使。我国硬X射线调制望远镜卫星将在轨服役4年，这4年里，望远镜卫星将一刻无休地进行观测，这首先就要求数传分系统这个太空信使“身体倍儿棒”。
该卫星数传分系统技术负责人许兴介绍，4年间卫星的数传分系统在轨不间断工作，这在其他卫星上从未有过。太空强辐射环境和单粒子翻转等等因素使得科研人员在研制的时候必须采取有效的手段保证数传分系统的高可靠性。为了确保这个太空信使忠诚记录、长时间连续工作，五院西安分院科研人员像保健医生一样，通过抗辐照加固、三模冗余、定时刷新等手段提高产品“器官”自身抵抗力及自愈能力，确保这些“器官”抵御各种风险开展正常工作。
太空中的强辐射会对卫星的敏感器件等产品的寿命造成影响，为了让卫星达到设计寿命，研制人员在卫星容易受辐射影响的部位加厚防辐射包裹，类似孕期的准妈妈常穿着防辐射服保护腹中的宝宝一样。太空环境中这一层威胁还较容易得到化解，免于单粒子翻转对卫星芯片等产品的影响则要复杂和艰难得多。
单粒子翻转是指宇宙中单个高能粒子射入半导体器件灵敏区，使器件逻辑状态翻转的现象。我们都知道，卫星和地面计算机一样，数据均是采用二进制的“0”、“1”来存储、传输和读取。单粒子不定期来袭，数传分系统的某些器件如果受到高能单粒子的撞击，就会使存储的“0”变成“1”，或者“1”变为“0”，导致数据严重错误，重者会导致传输中断，更别说正确解读、实时传输天文数据了。据许兴介绍，卫星上的一台台产品就好比人体的一个个器官，太空辐射、粒子就像数不胜数的致病细菌，这些细菌时刻企图侵蚀到“器官”内部，严重威胁着“器官”的健康。
对一般卫星而言，将受到影响的卫星设备进行关机重启来纠正错误是一种被动的选择，对需要数传分系统4年不间断的工作的硬X射线调制望远镜卫星来说，关机重启意味着数据中断，太空信使的任务目标就无法实现。航天五院西安分院的设计师们利用三模冗余、定时刷新等方法方增强了卫星数传分系统的抗单粒子翻转能力。简单来说，三模冗余、定时刷新，就是将重要数据分别存储3次，也就是给1个数据做了2个备份。若数据被高能单粒子这个细菌篡改，系统会根据另外两个没有被改变的数据，进行自我修复。除此之外，卫星的数传分系统设置了数据的定时刷新功能，这样就保证了卫星数据存储和传输的正确性，也就保证了长达4年的太空舞台剧的直播得以不间断且高保真地进行。
