NASA将发射太空神器IXPE，窥探宇宙神秘黑洞

　　X 射线成像偏振探测器 (IXPE) 发射窗口已定2021 年 12 月 13 日
　　2021年9月23日， NASA宣布天文项目- X射线成像偏振探测器（The Imaging X-ray Polarimetry Explorer， IXPE）即将启动 ，探测器发射窗口定为2021 年 12 月 13 日，由此也打开已关闭近半世纪之久的天文X射线偏振研究，开启＂窥探＂宇宙中神秘的黑洞、中子星、脉冲星等物质。IXPE项目由来
　　美国宇航局科学任务委员会天体物理学部主任Paul Hertz说：我们无法直接想象到在黑洞和中子星附近的物质是什么样的，但通过研究它们附近发出的X射线偏振，我们可以揭示这些神秘物体的物理特征。
　　在宇宙中，类似黑洞和中子星等神秘天体都可能爆发出超强的X射线，如星系中央的超大质量黑洞在吸积周围的气体时会将其加热到上百万摄氏度，并爆发出惊人的X射线，这些X射线会发生偏振现象。通过黑洞等质产生的高能X射线存在特定方向上的偏振就为揭开诸如黑洞神秘天体前所未有的细节提供了一种极佳的选择，为天文学家研究宇宙打开一道全新的窗口。
　　最初，天文学家曾屡屡试图敲开天体X射线辐射偏振的大门，预言了各类天体X射线的偏振信号，想象着如何将这些信号当作钥匙，去揭晓更为宏大深邃的天体物理过程。但由于技术原因，加上X射线波长太短，它的偏振太难测量，导致在太空中进行高灵敏度X射线偏振观测还只是一个设想。上一次成功测量天体X射线辐射的偏振信号要追溯到40多年前的1975年，美国发射了＂轨道太阳观测台（OSO）＂系列卫星，其中一颗卫星上的布拉格偏振仪精确测得了蟹状星云X射线辐射中的偏振信号。
　　40多年后，这扇被掩上近半世纪的窗户再次由美国开启。2014年9月NASA提出了天体物理学探险者计划（Astrophysics Explorers Program）的项目申请，当初提交14个方案，其中有3个方案由一组科学家挑选出来做了评估。入围＂前三＂的分别是IXPE、PRAXyS、PHEREx，其中IXPE和PRAXyS是研究X射线偏振的两个不同科学装置。最终只有IXPE被美国宇航局从14个备选项目中被最终遴选出。
　　NASA视IXPE为最具科学潜力、最可行的项目计划。除了美国，欧洲航天局的X射线成像偏振望远镜（XIPE）和中国科学院的X射线时变与偏振探测卫星（XTP）都在筹划中。据中科院国家空间科学中心网站消息，2016年5月，X射线时变与偏振探测卫星通过背景型号结题验收，完成了有效载荷关键技术攻关和原理样机/样件的研制。在X射线波段上，1999年发射的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）是目前最给力探测器。
　　IXPE立项后，美国宇航局马歇尔航天飞行中心科学家 Martin Weisskopf 将引领这项计划。意大利宇航局将继续开展和美国宇航局的合作，提供高灵敏度X射线偏振探测器。IXPE将通过其配有三台太空望远镜，对这些宇宙高能X射线的偏振进行测量，且灵敏度达到目前最先进水平。借助IXPE，科学家将能解答那些困扰人类已久的疑问——在引力、电场、磁场处于极限时，这些混乱又极端的环境是什么样的？IXPE探测器
　　IXPE属于研究型探测器，它NASA 历史悠久的小型探索者计划中的最新航天器，主要用来研究来自中子星、脉冲星风星云和超大质量黑洞的偏振光，为科学家提供更清晰的图像。
　　NASA给予 IXPE 团队 1.88 亿美元的经费支持，用于航天器研发和探测任务，包括运载火箭的成本、发射后操作和数据分析等，该航天器的研究将有助于破解黑洞和其他宇宙 X 射线之谜。
　　IXPE 探测器由波尔航天在科罗拉多州博尔德的设施建造，它采用基于 Ball 可配置平台 (BCP)-100 卫星总线技术，BCP-100 是 波尔航天为用于低地球轨道 (LEO) 操作的模块化卫星总线提供的产品之一。之前，波尔航天还建造了开普勒太空望远镜、哈勃和斯皮策太空望远镜的仪器，以及广域红外巡天探测器（WISE），又命名为近地轨道巡天探测器。美国宇航局的绿色推进剂输注任务 (GPIM) 最近使用它来测试一种用于太空操作的新型绿色推进剂。
　　IXPE 探测器总重量约为 325 公斤。发射时，飞船完全展开时直径为1.1米，高度为5.2米。完全部署后，太阳能电池阵列将达到 2.7 米。 IXPE 将在轨道上执行为期两年的主要任务。
　　IXPE 探测器结构
　　IXPE 航天器分为两个不同的部分：
　　第一部分，带有太阳能电池阵列、姿态控制和通信系统的主要航天器。
　　第二部分，附有可展开的有效载荷吊臂，带有 X 射线防护罩和主镜模块支撑结构 (MMSS) 甲板。
　　MMSS 将由三个独立的基于反射镜的望远镜组成，所有望远镜的焦距均为4米，焦距将由可展开的吊臂实现，这些望远镜将从太空看到的 X 射线聚焦到意大利开发的偏振敏感成像探测器上。 望远镜的范围为 2-8 keV，视场为 11 角分，角分辨率 30 角秒。
　　IXPE 探测器将比轨道太阳天文台 (OSO)-8 任务中的探测器灵敏两个数量级。IXPE 将使用这三台望远镜研究 X 射线偏振。 X 射线偏振是 X 射线天文学的一个特定领域，它使科学家能够研究物质分布、黑洞自旋等。 IXPE 是同类研究中第一个研究来自极端物体（如中子星、恒星和超大质量黑洞）的极化 X 射线的机构。IXPE探测器研发
　　2014年9月NASA提出了IXPE项目申请。2019 年 7 月完成了其关键设计、建造和组装。 2020 年 9 月，镜子模块组件 (MMA) 交付给位于博尔德的 波尔航天。一个月后，MMA 安装在 MMSS 甲板上。 2020年12月，伸缩臂进行了展开试验。到2021年1月底，飞船完成并开始环境测试。 2021年8月，IXPE完成了为期21天的热真空测试，并延长了臂架。到 8 月底，手臂被收起并回到洁净室。
　　IXPE 的下一步是完成所有的发射前测试。测试完成后它将从波尔太空位于博尔德的工厂运送到佛罗里达州的肯尼迪航天中心进行发射。IXPE探测器发射
　　2019年赢得了发射 IXPE 的合同，NASA 授予 SpaceX 5030 万美元用于发射 IXPE探测器。
　　IXPE探测器最初的目标是 2021 年 5 月，但由于 COVID-19 大流行而推迟到 2021 年末，目前X射线成像偏振探测器（The Imaging X-ray Polarimetry Explorer， IXPE）的发射时间已初步确定为 2021 年 12 月 13 日，届时IXPE将在佛罗里达州肯尼迪航天中心搭载 SpaceX Falcon 9 火箭，过历史悠久的39A发射架进行发射升空，进入近地球轨道。
　　Falcon 9号将在 0.2 度倾角的 590 公里圆形轨道上发射 IXPE。 此外，鉴于 IXPE 的尺寸和重量，它可能会在 SpaceX 的卡纳维拉尔角着陆区 1 进行返回发射场 (RTLS) 着陆。 一旦与Falcon 9分离，它将扩展其太阳能电池阵列和有效载荷臂以开始其任务。