近日,由我校承担的暗物质粒子探测卫星(以下简称暗物质卫星)有效载荷BGO(锗酸铋晶体)量能器分系统正样研制工作圆满结束,成功通过载荷总体验收,保证了卫星工程的顺利进行。
BGO量能器通过测量宇宙线中的高能电子和γ射线能谱,并进行粒子鉴别从而产生整星的触发判选信息,是实现暗物质卫星核心探测功能的关键分系统。据该项目主任设计师刘树彬教授介绍,为了提升探测性能,该BGO量能器采用了多达14层共308个探测单元(每个探测单元由一根60cm的BGO晶体和2个光电倍增管组成)以及复杂的前端电子学设计和相关支撑屏蔽结构,具有技术指标国际先进、质量大(占整星重量一半以上)、结构复杂、通道数庞大等特点,加上其作为空间载荷存在体积受限、低功耗和高可靠性等诸多约束,在物理设计和工程实现上存在极大挑战,其成功研制标志着我国空间型号任务中此类大型探测器装置的首次实现,对实现暗物质粒子探测科学目标具有重要意义。
我校核探测与核电子学国家重点实验室在先进探测器、前端电子学关键技术、大容量高速数据获取与处理系统技术等方向上具备国际一流研究水平,并拥有丰富的国内重大科研装置以及国际大型探测器的合作设计与建设经验。自2011年暗物质卫星立项以来,学校高度重视,组建了刘树彬教授为主任设计师,封常青、张云龙两位优秀青年骨干为副主任设计师,核探测与核电子学国家重点实验室为具体承制单位的科研团队,并建立完善了工程管理体系,在工程进度、研制质量、条件建设等方面给予全力保障。该团队克服了航天任务难度大、质量要求高、进度压力大等重重困难,在2011-2015年期间成功完成了“BGO晶体大动态范围读出”关键技术攻关以及方案样机、初样鉴定件和正样飞行件的相继交付,各项关键指标经欧洲核子中心束流标定实验证实处于国际领先水平,其研制产品性能和严谨拼搏态度得到中科院以及相关总体单位的多次肯定。
暗物质粒子探测卫星有效载荷结构
BGO量能器正样飞行件总装现场
BGO量能器正样环境试验前准备
BGO量能器正样环境试验现场
暗物质卫星是中科院空间科学先导专项中首批确定的五颗科学实验卫星之一,也是我国科学卫星系列首发星,其科学目标为通过高空间分辨、宽能谱段观测高能电子和伽马射线寻找和研究暗物质粒子,并在宇宙射线起源和伽马射线天文学方面取得重大进展。该卫星有效载荷由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器等四个分系统组成,可实现迄今为止最宽的观测能段范围和最优的能量分辨率,性能指标优于国际同类探测装置。5月28日,暗物质卫星有效载荷成功完成联试,顺利交付卫星总体,为确保卫星今年年底如期发射奠定了基础。中央电视台、人民日报、中国科学报等重要媒体对此进行了报道,引起了社会广泛关注。