脉冲星试验01星科学试验与成果

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26611

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脉冲星试验01星科学试验与成果

姜坤¹^,²(), 焦文海¹, 郝晓龙¹, 刘莹¹, 王奕迪³, 张新源⁴, 国际¹

^1.北京跟踪与通信技术研究所，北京 100094
^2.中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
^3.国防科技大学空天科学学院，长沙 410073
^4.中国空间技术研究院，北京 100094

收稿日期:2021-11-03 修回日期:2021-11-08 接受日期:2022-03-21 出版日期:2023-02-15 发布日期:2022-04-06
通讯作者: 姜坤 E-mail:jiangkunzzy@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(U1838101)

Scientific experiments and achievements of XPNAV-1

Kun JIANG¹^,²(), Wenhai JIAO¹, Xiaolong HAO¹, Ying LIU¹, Yidi WANG³, Xinyuan ZHANG⁴, Ji GUO¹

^1.Beijing Institute of Tracking and Communication Technology，Beijing 100094，China
^2.Aerospace Information Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China
^3.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
^4.China Academy of Space Technology，Beijing 100094，China

Received:2021-11-03 Revised:2021-11-08 Accepted:2022-03-21 Online:2023-02-15 Published:2022-04-06
Contact: Kun JIANG E-mail:jiangkunzzy@126.com
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(U1838101)

摘要/Abstract

摘要：

X射线脉冲星导航作为一种战略性、前沿性、基础性技术，自概念诞生以来就备受国际关注。由于脉冲星导航仿真验证模型复杂，关键技术难以全部地面验证，为此中国于2016年发射了脉冲星试验01星开展系列科学试验。对脉冲星试验01星科学试验成果进行了系统总结：利用大流量脉冲星实测数据对Wolter-I聚焦型探测器在轨能量响应、时间响应、有效面积和本底噪声进行了测试标定，基于低流量脉冲星实测数据开展了空间环境探测试验，对蟹状星云（Crab）脉冲星进行长期观测并计时分析得到了高精度自转参数，初步试验验证了脉冲星导航技术。结合脉冲星试验01星的科学试验经验提出了未来发展方向。相关试验的开展摸清了中国脉冲星导航技术能力现状，获取了大量自主观测数据，加速了中国脉冲星导航技术发展。

关键词: 脉冲星试验01星, 蟹状星云脉冲星, X射线探测器, X射线脉冲星导航, 周期跃变

Abstract:

X-ray pulsar navigation， as a strategic， cutting-edge， and basic technology， has attracted international attention since the birth of the concept. Due to the complexity of the pulsar navigation simulation verification model， it is difficult to verify all key technologies on the ground. Therefore， China launched the XPNAV-1 satellite in 2016 and carried out a series of scientific experiments. This paper systematically summarizes the scientific experiment results of XPNAV-1. The energy response， time response， effective area and background noise of Wolter-I focusing detector are on-orbit measured and calibrated using the measured data of large flow pulsars. Based on the measured data of low flow pulsars， the space environment detection experiment was carried out； the rotation parameters of Crab pulsar with high accuracy are obtained by long-term observation and timing analysis； the pulsar navigation technology is verified by preliminary experiments. Combined with the scientific experiment experience of XPNAV-1， the future development direction is proposed. The experiments have found out the current capability of pulsar navigation technology， and obtained a large amount of independent observation data， accelerating the development of pulsar navigation technology of China.

Key words: XPNAV-1, Crab pulsar, X-ray detector, X-ray pulsar navigation, pulsar glitch

中图分类号:

V474.1

姜坤, 焦文海, 郝晓龙, 刘莹, 王奕迪, 张新源, 国际. 脉冲星试验01星科学试验与成果[J]. 航空学报, 2023, 44(3): 526611.

Kun JIANG, Wenhai JIAO, Xiaolong HAO, Ying LIU, Yidi WANG, Xinyuan ZHANG, Ji GUO. Scientific experiments and achievements of XPNAV-1[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 526611.

图/表 18

图1

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参考文献 30

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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

名称	要求
工作能段	0.5~10.0 keV
探测面积	≥30 cm²@1.5 keV
时间分辨率	≤1.5 μs
能量分辨率	≤200 eV@6.4 keV

名称	要求
工作能段/keV	1.0~15.0
探测面积/cm²	2 400
探测灵敏度/（ph·s^-1·cm^-2）	10^-3
时间分辨率/ns	优于100

参数		B2321+585	B0022+638
有效光子个数		108 088	36 720
Si特征峰	Kα理论中心值/keV	1.74	1.74
	Kβ理论中心值/keV	1.83	1.83
	实测中心值/keV	1.785	1.785
	中心值相对偏差/%	0	0
	理论能量分辨率/eV	120	120
	实测能量分辨率/eV	124	127
	能量分辨率相对偏差/%	3.33	5.33

年份	观测轨数	曝光时间/（10³ s）	光子数/10⁴
合计	1 455	4 101	6 084
2016	137	381	491
2017	553	1 530	2 308
2018	516	1 484	2 225
2019	249	705	1 060

参数	测量值
历元（Modified Julian Date，MJD）	57 735.004 617 113 780
F₀/Hz	29.647 216 596 28
F₁/s^-2	-3.689 461 85×10^-10
F₂/s^-3	1.294 9×10^-20

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参数	测量值
历元（MJD）	58 011.729 396 056 769
F₀/Hz	29.638 398 922 36
F₁/s^-2	-3.686 602 935×10^-10
F₂/s^-3	6.472 76×10^-21

参数	测量值
历元（MJD）	58 104.006 742 439 567
F₀/Hz	29.635 468 185 37
F₁/s^-2	-3.701 405 72×10^-10
F₂/s^-3	2.82 806 6×10^-19

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