,Click to edit Master title style,Click to edit Master text stylesgood1,Second levelgood2,Third levelgood3,Fourth levelgood4,Fifth levelgood5,SITP,*,*,SITP,中国科学院上海技术物理研究所,2023/8/7,Click to edit Master title style,Click to edit Master text stylesgood1,Second levelgood2,Third levelgood3,Fourth levelgood4,Fifth levelgood5,*,1,PAH,巡天红外小卫星,许春,王仲翔,邓劲松,代表上海天文台等项目组,1 PAH巡天红外小卫星许春,王仲翔,邓劲松,2,报告主要内容,什么是,PAH,研究,PAH,的意义,PAH,探测的总体指标设计,PAH,探测红外天文卫星设计,PAH,探测的其它空间手段,关键技术,未来发展,2 报告主要内容什么是PAH,3,什么是,PAH,？研究,PAH,的意义,I,PAH,：多环芳香烃,（,Polycyclic Aromatic Hydrocarbon,）,多个苯环构成的碳氢化合物、含几十到上百个碳原子,广泛存在于星际空间、恒星的星周盘、各类星系、彗星等,控制着星际介质的化学和物理演化,锁定,10-20%,的宇宙碳元素生命分子形成中的可能作用,3什么是PAH？研究PAH的意义IPAH：多环芳香烃,4,研究,PAH,的意义,II,尚无,PAH,的全天观测,法国,AROME,气球实验的低分辨率、低灵敏度银道巡天（,0.510Jy,）,日本,IRTS,的,7,天区低分辨率光谱巡天,日本,Akari,暖任务期间的选源定点观测,ISO,、,Spitzer,等都是选源定点观测,Arome,全天观测数据,行星状星云,NGC,光谱,4 研究PAH的意义II尚无PAH的全天观测Arome全,5,PAH,的光谱特征,PAH,在,3-12,m,m,波段内有多组发射线系,包括,3.3,6.2,7.7,8.6,11.2,m,m,等；,C-H,拉伸,(3.3,m),、,C-H,弯曲,(8.6,、,11.3,m),、,C-C,拉伸,(6.2,、,7.7,m),参照法国,AROME,，选择了通过寻找,3.3,m,m,发射线来普查,PAH,的方法,如果有更灵敏探测器和更大望远镜，并且能够覆盖到,15,m,，光谱探测是更好的方式。不过可以进行光谱试验性探测,5 PAH的光谱特征PAH在3-12mm波段内有多,6,如何观测,PAH?,PAH,的主要发射带在,3-15,m,的红外波段,地球大气在红外波段有强烈吸收，即使在所谓的红外窗口，地球大气也有很强的背景辐射,地面进行红外天文观测，常温望远镜的红外仪器辐射限制了望远镜的灵敏度,红外天文观测一般都要去太空观测，即使大气窗口，也是空间观测灵敏度高得多,红外天文卫星,6 如何观测PAH?PAH的主要发射带在3-1,7,PAH,探测的初步考虑,国内红外天文观测基础薄弱，探测灵敏度有限，最好从巡天做起；,选择具有较少历史观测数据的波段，灵敏度与国际数据有一定交叉（,10,-4,-10,-5,Jy,或,17,星等）,在国内现有技术基础上，通过一定的关键技术攻关，就能实现的技术能力作为科学目标确定的依据。,在波段、灵敏度、天区覆盖方面做了初步选择（右图,NICE,）,（,Near-Infrared Chinese Explorer,）,7 PAH探测的初步考虑,8,PAH,搜寻与载荷设计,同时对,PAH 3.3,m,m,发射线及其两翼进行成像，两者对比寻找发射线；,成像灵敏度,17,星等,(,约,0.05mJy),；,进行全天区巡天，巡天时间,3,年；,望远镜观测视场约,1,度，像元分辨率,3,；,望远镜口径,30cm,，能够利用,小卫星,8 PAH搜寻与载荷设计,9,望远镜探测灵敏度计算,对望远镜口径、工作温度、探测器噪声、暗电流、天光背景、工作寿命、系统灵敏度等进行了组合优化设计,望远镜口径,30cm,、积分,600s,、,PSF,占,4,个像元,3.3,m,窄带,0.1mJy,、,3.3,m,宽带,0.03-0.04mJy,比较：,WISE,口径,40cm,，温度,12K,，积分,88.8s,，,RN 19,电子，,PSF,占,9,个像元,3.4,m,宽,0.4mJy,9 望远镜探测灵敏度计算对望远镜口径、工作温度,10,红外卫星详细设计指标,3,年内获得全天的近红外星表与星图；,获得,PAH,源的光度、空间分布特性；,望远镜灵敏度（,10,min,总曝光时间、,5,s,信噪比）：,16.0 Vega,星等或,0.,12,mJy,（,3.2,3.4,m,m,）、,17.5 Vega,星等或,0.03mJy,（,2.7,4.0,m,m,）；,望远镜口径,30cm,，视场,1x1,，像元分辨率,3.5,（约,3,m,m,处）；,指向稳定度：单次曝光时间内优于,1,；,卫星总重量：,350kg,（含载荷,150kg,）。,光学系统工作温度,120K,；,探测器：,1k1k,噪声,200e,暗电流,4,m,m,工作温度,10,分钟）保持稳定（,1,）,天文应用红外探测器,:,读出噪声低于,200,电子，多次非破坏性阅读能力，暗电流低于,30,电子,/,秒，波段覆盖到,4.0,m,m,，规模,1k 1k,（,注：这个指标远低于国际水平,）,13 红外天文卫星关键技术,14,空间制冷,利用晨昏太阳同步轨道良好的热环境，加上机械制冷，能够将光学系统制冷至,150K,以下，日本的红外望远镜,AKARI,是个很好的例子,(,加上自身制冷机制冷可以将光学系统温度降到,50K,以下,),；,初步热分析确认，在晨昏太阳同步轨道上，辐射制冷可以将光学系统制冷到,120K,左右，一个轨道内温度波动,0.5K,；,加上望远镜的多级制冷机，可以将光学系统温度进一步降低,降低漏热设计是热设计的关键,目前国内（技物所）基本有空间制冷能力，研发过几个空间局部制冷卫星,14空间制冷利用晨昏太阳同步轨道良好的热环境，加上机械制冷，,15,低温光学,I,国内低温光学系统研制能力较弱，只有过小口径全铝低温光学系统，不适用于天文卫星,低温光学系统的技术核心在材料、,设计、加工、检测、装调,技术,按照天文应用，主要的空间低温光学系统一般采用铍镜（美国）和碳化硅（,SiC,）（其他国家）,本团队针对,PAH,红外卫星和其他空间低温光学需求，研制了碳化硅光学系统,SiC,光学系统口径,300mm,，采用了背部柔性支撑，多元材料消热结构、消热设计。技术可以直接推广到,1,米级口径望远镜,15低温光学I国内低温光学系统研制能力较弱，只有过小口径全铝,16,低温光学,II,建立了立式真空罐，避免装调过程中的重力变形,采用了,4D,动态干涉仪进行干涉图采集,低温光学系统,达到了在,133K,温度下系统波前误差优于,0.125,m,的性能，接近工作波段（,3.3,m,）波长的,1/30,。,完全满足,PAH,空间望远镜需求,16低温光学II建立了立式真空罐，避免装调过程中的重力变形,17,长时间稳定成像,星敏感器卫星姿态测量精度较低，无法将卫星控制到天文观测需要的稳定度，需要依靠导星仪，即利用主光路星像来测量卫星指向,研究团队进行了导星仪能力的研究分析，确定方案可行,国内已有能力进行红外卫星高稳定导航，如,SVOM,等,长时间稳定导航能力国内基本已解决,17 长时间稳定成像,18,红外天文探测器,I,国际上天文红外探测器主要由美国,Teledyne,、,Raytheons,，法国,Sofradir/LETI,，英国,Leonardo,公司研发,美国与欧盟的顶级红外探测器对中国禁运,中国从事红外探测器的主要单位有：上海技术物理研究所、中电,11,所、兵器,211,所,国产探测器不能用于天文探测的主要原因是两个噪声：读出噪声大、暗电流大,18红外天文探测器I,19,红外天文探测器,II,美国,Teledyne,的,HAWAII,探测器系列,国内外红外探测器最核心指标比较（,MCT,探测器）,读出噪声：,国外，,30-10,电子，,APD,探测器,0.2,电子,国内（技物所），,500-100,电子,暗电流：,国外：,0.1 e/s/pix,国内：,10000-1000-50,（计划）,e/s/pix,最关键的是暗电流,19红外天文探测器II美国Teledyne的 HAWAII,20,红外天文探测器,III,国内红外探测器研制发展：,2005,年：暗电流,10000-15000,电子,/,秒,/,像元,读出噪声：,1000,电子,目前：暗电流,1000,电子,/,秒,/,像元,读出噪声,100-200,电子,以上截止波长,2.5 um,专项（计划,2020,年）：,截止波长,1.7um,，针对空间站,满足,J,，,H,波段天文观测,天文用红外探测器未来触手可及,20红外天文探测器III国内红外探测器研制发展：,21,展望,PAH,红外巡天目标明确，国内技术基本能够达到,低温光学等关键技术问题已经解决,红外探测器进步可观，希望近年有所突破！,谢谢！,21展望PAH红外巡天目标明确，国内技术基本能够达到谢谢！,