Wolter‑I型X射线脉冲星探测器的空间环境本底分析

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26599

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Wolter‑I型X射线脉冲星探测器的空间环境本底分析

刘金胜(), 王博, 宋娟, 王文丛, 李璟璟, 徐振华

山东航天电子技术研究所，烟台　264670

收稿日期:2021-11-02 修回日期:2021-11-23 接受日期:2022-05-26 出版日期:2023-02-15 发布日期:2022-06-17
通讯作者: 刘金胜 E-mail:jinshengd1759@163.com
基金资助:
装备重大基础研究项目(514010204-301-3)

Estimation of space radiation background of Wolter‑I X‑ray pulsar detector

Jinsheng LIU(), Bo WANG, Juan SONG, Wencong WANG, Jingjing LI, Zhenhua XU

Shandong Institute of Space Electronic Technology，Yantai 　264670，China

Received:2021-11-02 Revised:2021-11-23 Accepted:2022-05-26 Online:2023-02-15 Published:2022-06-17
Contact: Jinsheng LIU E-mail:jinshengd1759@163.com
Supported by:
Major Basic Research Projects on Equipment(514010204-301-3)

摘要/Abstract

摘要：

X射线脉冲星导航具有自主性强、抗干扰、安全性高等特点。针对X射线脉冲星辐射信号的探测与识别介绍了一款Wolter-I型X射线脉冲星探测器。为评估探测器的性能、提升灵敏度，对该Wolter-I型X射线脉冲星探测器开展了蒙特卡罗（MC）模拟研究。首先基于空间环境信息系统（SPENVIS）平台给出运行轨道中不同种类带电粒子的分布与能谱特征；然后采用GEANT4软件构建了Wolter-I型X射线脉冲星探测器的质量模型，模拟了探测器对电子、质子及氦等带电粒子的响应；最后以遮光膜参数优化为例说明探测器优化方式，并给出优化后探测器在700 km地球圆轨道上的空间环境本底。结果表明优化后探测器的空间环境本底为30.68 cts·s^-1。

关键词: 脉冲星导航, X射线探测器, Wolter-I型, 蒙特卡罗模拟, 本底估算

Abstract:

X-ray pulsar navigation has the characteristics of autonomy， anti-interference， security， etc. For the detection and recognition of X-rays pulsar signals， a new kind of Wolter-I X-ray pulsar detector is introduced. To evaluate the performance of the detector and improve its sensitivity， the Wolter-I X-ray pulsar detector is analyzed through Monte Carlo （MC） simulations. Firstly， based on the Space Environment Information System （SPENVIS）， the distribution and spectrum of various particles in the space radiation environment are be obtained. Secondly， the physical model of the Wolter-I X-ray pulsar detector is built in GEANT4， and the response of the detector to the particles including electrons， protons and helium is shown. Finally， taking the shading film of the detector as an example， the optimization method of detector is illustrated. The space radiation background of the optimized Wolter-I X-ray pulsar detector in 700 km on earth circular orbit is acquired. The simulation results show that the space radiation background of the optimized detector is 30.68 cts·s^-1.

Key words: pulsar navigation, X-ray detector, Wolter-I, Monte Carlo simulation, background estimation

中图分类号:

刘金胜, 王博, 宋娟, 王文丛, 李璟璟, 徐振华. Wolter‑I型X射线脉冲星探测器的空间环境本底分析[J]. 航空学报, 2023, 44(3): 526599-526599.

Jinsheng LIU, Bo WANG, Juan SONG, Wencong WANG, Jingjing LI, Zhenhua XU. Estimation of space radiation background of Wolter‑I X‑ray pulsar detector[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 526599-526599.

图/表 16

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参考文献 26

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

参数	数值或设置
任务周期/年	1
轨道类型	地球圆轨道
远地点/km	700
近地点/km	700
倾角/（°）	60
升交点/（°）	76.49
近地点角/（°）	197.16
真近点角/（°）	35.92
轨道周期/h	1.65
1天轨道数目	14.58

粒子	能段	数目
电子	前半段	29 299 542
	后半段	3 388 824
质子	前半段	16 643 237
	后半段	12 759 685
氦	前半段	4 808 260
	后半段	3 570 660

序号	种类	能段	产生沉积能量数目	沉积能量为0.5~10.0 keV的数目	时间系数	归一化沉积能量数目/（cts·cm^-2·s^-1）	归一化沉积能量为0.5~10.0 keV的数目/（cts·s^-1）
1	电子	前半段	246 744	6 721	110	1 121.50	30.55
		后半段	148 742	596	6.0×10⁴	1.24	0.005

2	质子	前半段	475 126	375	1 500	158.38	0.125
		后半段	12 180 587	1 796	1.5×10⁷	0.41	5.99×10^-5

3	氦	前半段	59 961	32	1.2×10⁴	2.50	0.001 3
		后半段	3 333 560	444	2.0×10⁷	0.08	1.11×10^-5

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07	1 700	100
08	2 000	100
09	2 500	100
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11	3 000	200
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13	4 000	100
14	4 500	100
15	4 500	300