這樣苛刻的條件下，比如要實(shí)現(xiàn)48個探測器組件（4個一組）在空間三維尺度上達(dá)到0.05毫米的拼接精度，幾乎是不可能完成的任務(wù)。

其中，WXT是目前國際上探測靈敏度和空間分辨率最高的大視場X射線望遠(yuǎn)鏡，對發(fā)現(xiàn)宇宙中的新天體、新現(xiàn)象和新規(guī)律具有里程碑式的意義。WXT由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所與中國科學(xué)院國家天文臺聯(lián)合研制，其微孔光學(xué)（MPO）關(guān)鍵元件由北方夜視提供。

EP衛(wèi)星首席科學(xué)家助理、國家天文臺張臣研究員介紹到，“由于地球大氣對X射線的吸收，直到許多X射線天文衛(wèi)星被發(fā)射進(jìn)入太空，天文學(xué)家才得到重要的觀測成果?！?/p>

2010年，國家天文臺開始探索微孔龍蝦眼X射線成像技術(shù)研究，最初打算購買國外的類似設(shè)備，但價格極其昂貴，且對我國存在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的封鎖，舉步維艱。

加拿大预测28在线预测飞飞由中國科學(xué)院牽頭實(shí)施的愛因斯坦探針（EP）衛(wèi)星任務(wù)發(fā)布了第一批在軌探測圖像。EP衛(wèi)星是中國科學(xué)院空間科學(xué)二期先導(dǎo)專項(xiàng)立項(xiàng)并實(shí)施的空間科學(xué)衛(wèi)星系列任務(wù)之一，由中方主導(dǎo)，歐洲航天局(ESA)、德國馬普地外物理研究所(MPE)和法國航天局(CNES)以國際合作形式參與衛(wèi)星研制。

但由于X射線“看不見，摸不著”，且難以進(jìn)行折射與反射，科研人員在進(jìn)行WXT集成裝調(diào)的過程中，無法使用真實(shí)的X射線平行光進(jìn)行調(diào)試，這就好比被“蒙上了雙眼”。

WXT載荷軟件主管設(shè)計師、上海技物所高級工程師薛玉龍介紹，“EP衛(wèi)星是在茫茫宇宙中尋找天文事件，在海量的數(shù)據(jù)中找到最有效的信息是關(guān)鍵”。

孫勝利拿顯微鏡成像進(jìn)行了類比，“一般的電子顯微鏡能夠看到分子的結(jié)構(gòu)，但它看不清分子的結(jié)構(gòu)是如何變化的。以往的空間望遠(yuǎn)鏡，可以研究天體的狀態(tài)，卻同樣無法看清其動態(tài)過程。要了解宇宙的演化過程，就需要更深入的觀測能力、更廣的觀測范圍，這正是高能時域天文學(xué)關(guān)注的主要內(nèi)容?！?/p>

這樣一個超高精度的“廣角相機(jī)”，數(shù)據(jù)量驚人。如何在有限的處理芯片資源和低功耗環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡對速率和性能的要求？WXT的峰值數(shù)據(jù)率為25.3 G，相當(dāng)于每秒生成25部1 G的電影。由于原始數(shù)據(jù)量過大，無法通過星地之間的鏈路進(jìn)行傳輸，因此，必須先在衛(wèi)星上進(jìn)行在軌數(shù)據(jù)處理，再將有效的信息下傳到地面科學(xué)運(yùn)行中心。

自主研制“龍蝦眼”相機(jī)究竟難在哪兒？WXT 載荷主任設(shè)計師、上海技物所副研究員孫小進(jìn)介紹，“典型的一片龍蝦眼型微孔光學(xué)元件（MPO）是由玻璃材質(zhì)制作而成的球面薄片，上面整齊排列著100多萬個比頭發(fā)絲還細(xì)的正方形通道，邊長約40微米，壁厚只有8 微米，內(nèi)壁光潔度要達(dá)到1納米以下。除了關(guān)鍵元部件的挑戰(zhàn)，沒有X射線光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)測試平臺是個讓人‘頭疼’的問題。”

EP衛(wèi)星WXT首次大規(guī)模采用微孔龍蝦眼X射線成像技術(shù)，由12個寬視場X射線光學(xué)鏡頭模塊構(gòu)成，視場約3850平方度，相當(dāng)于1/11個天區(qū)，填補(bǔ)了國際上在軟X射線波段大視場全天監(jiān)測設(shè)備的空白。

通常光學(xué)系統(tǒng)在集成過程中，需要模擬載荷的實(shí)際工作狀態(tài)，邊裝配邊調(diào)試以保證每個光學(xué)部件達(dá)到理想精度，才能實(shí)現(xiàn)最佳的成像效果。

WXT載荷負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員孫勝利表示，“僅載荷研制工程階段，就歷時7年，團(tuán)隊(duì)從概念驗(yàn)證開始，將一個個設(shè)想逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，將不可能變?yōu)榭赡埽F(xiàn)在這臺望遠(yuǎn)鏡終于‘張開了眼睛’，整個過程讓人非常激動和振奮。”

“在黑洞潮汐瓦解、恒星爆炸、伽瑪暴等一系列天文事件中，海量的能量瞬間釋放，產(chǎn)生了大量X射線光子橫掃宇宙，這使得X射線成為觀測這些天文事件最好的窗口?！?/p>

隨著EP衛(wèi)星首批在軌觀測圖像發(fā)布,時域天文學(xué)將迎來跨越式新發(fā)展。下一階段，EP將繼續(xù)按照既定計劃開展并完成在軌測試，加強(qiáng)國內(nèi)外合作和數(shù)據(jù)開放共享工作，探測宇宙中轉(zhuǎn)瞬即逝的“焰火”，為高能時域天文觀測和研究做出有顯示度的貢獻(xiàn)。

團(tuán)隊(duì)連續(xù)三個月，每天工作到凌晨三點(diǎn)，最終將處理后的速率最終降低為5.127 Mb，在軌每秒可在150億個像素中提取約1000個有效像素信息。

經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，WXT研制團(tuán)隊(duì)終于實(shí)現(xiàn)了“從無到有，從落后到趕超”：成功研制出了MPO龍蝦眼X射線光學(xué)組件；國際上大規(guī)模首次采用大面陣硅基CMOS探測器用于X射線天文探測；創(chuàng)新性地采用望遠(yuǎn)鏡熱量回收管理技術(shù)和在軌觸發(fā)式處理技術(shù)；自主探索出基于可見光的“離線裝調(diào)”技術(shù)，精確反演出載荷在軌性能；EP探路者試驗(yàn)?zāi)K（LEIA）在軌成功獲取國際上首幅宇宙大視場X射線聚焦成像天圖……終于，團(tuán)隊(duì)成功研制出了完整的WXT，該設(shè)備所有關(guān)鍵器件均為我國自主研發(fā)。

天文觀測中，全天球約為40000平方度，在如此巨大的視場下，想要捕捉并觀察隨機(jī)出現(xiàn)、轉(zhuǎn)瞬即逝的“暫現(xiàn)源”，難度可見一斑。因此，只有設(shè)計出針對隨機(jī)性事件觀察的設(shè)備，才有可能大規(guī)模發(fā)現(xiàn)和研究這些突發(fā)的天文事件。

WXT載荷熱控主管設(shè)計師、上海技物所工程師李軍飛介紹，“載荷電子學(xué)部件工作時會產(chǎn)生熱量，我們回收并利用這部分熱量為光學(xué)系統(tǒng)提供保溫，以防止MPO鏡片發(fā)生熱變形。最初整星需要為WXT提供270W的熱控功耗，并且需要1.8平米的輻射板提供電子學(xué)散熱，通過熱量回收設(shè)計，WXT控溫功耗降為115W，并減少了散熱板面積，為整星減輕了重量并保障了大視場觀測需求。同時，在軌烘烤階段，WXT采用分組烘烤及錯峰措施，將烘烤階段峰值功耗由984W減小到424W以下?！?/p>

EP衛(wèi)星自2024年衛(wèi)星1月9日發(fā)射以來，在軌已經(jīng)109天，星上搭載了國際首臺寬視場X射線望遠(yuǎn)鏡（WXT）和1臺后隨X射線望遠(yuǎn)鏡（FXT）。