XPNAV⁃1卫星聚焦型X射线脉冲星望远镜在轨稳定性分析

doi:10.7527/S1000-6893.2021.26610

Abstract

Abstract:

The Focusing X-ray Pulsar Telescope （FXPT） is the core payload of the first X-ray Pulsar-Based Navigation （XPNAV-1） Satellite. The FXPT is the first focused X-ray telescope in China， and its on-orbit stability has always been concerned. Firstly， the feasibility of using XPNAV-1 observations of supernova remnants with characteristic spectrum radiation to evaluate the on-orbit stability of the FXPT is analyzed. It is found that the fitted FXPT energy response parameters have large errors， and the lack of long-term supernova remnants observations makes it difficult to support the long-term stability analysis of the telescope’s on-orbit performance. Secondly， the 1 455 times observations with an exposure time of 4.1×10⁶ s of the Crab Pulsar from the XPNAV-1 from November 2016 to November 2019 are processed and analyzed. It is found that there are a large number of X-ray photons near 9.5 keV in the FXPT for a long time， and their energy distribution curve approximates a Gaussian distribution. After excluding the possibility of radiation from the pulsar， it is inferred that it comes from the signal beyond the upper threshold of FXPT. It is also found that there exists characteristic spectral line radiation at the energy of 7.5 keV， which may come from the stimulated radiation of Ni， the telescope lens material. Then， a method is proposed to monitor the on-orbit stability of telescope by jointly using the its intrinsic characteristic spectrum and the signal beyond the upper threshold. An analysis of the spectrum of the Crab observed by XPNAV-1 Satellite in the past four years shows that the performance of FXPT tends to be stable after October 2017. This method effectively overcomes the shortcoming that XPNAV-1 is not equipped with a radiation calibration device. The integrated pulse profile of the Crab is also recovered and the similarity of this pulse profile with that from RXTE is 98.6%， demonstrating that the FXPT can accurately obtain the pulse profile of the Crab.

Key words: Focusing X-ray Pulsar Telescope (FXPT), the first X-ray Pulsar Navigation (XPNAV-1) satellite, Crab pulsar, pulse profile, photon energy distribution

CLC Number:

V447⁺.1

Qingyong ZHOU, Linli YAN, Liansheng LI, Laiping FENG, Yongqiang SHI, Pengfei SUN, Liu FANG, Long WANG. On⁃orbit stability analysis of FXPT on XPNAV⁃1[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(3): 526610.

Figures/Tables 13

Fig. 1

Table 1

Main parameters of FXPT［12，20］

参数	数值
焦距/mm	1 150
几何面积/cm²	30
响应能量范围/keV	0.5~10
视场/（′）	15
能量分辨率	≤200 eV@5.9 keV
视场/（′）	15±2
光子到达时间测量精度/ns	≤500
时间分辨率/μs	≤1.5
质量/kg	15
体积/（mm $×$ mm $×$ mm）	200 $×$ 200 $×$ 1 300
功耗/W	25

Table 1

Table 2

Fig. 2

Table 3

Linear relationship between energy and voltage by using CAS⁃A and TYCHO

超新星遗迹	谱线	电压/V	能量/keV	a	b	Sigma	能量分辨率/keV
CAS-A	Cu- $L α$	0.346±0.002	0.953±0.006	2.751±0.006	－0.018±0.006	0.039±0.006	0.256
	Mg- $K α$	0.461±0.006	1.269±0.006	2.751±0.006	－0.018±0.006	0.082±0.006	0.533
	Si- $K α$	0.637±0.006	1.752±0.006	2.751±0.006	－0.018±0.006	0.026±0.006	0.170
	S- $K α$	0.847±0.006	2.332±0.006	2.751±0.006	－0.018±0.006	0.031±0.002	0.200
TYCHO	Fe- $K α$	0.271±0.002	0.755±0.002	2.784±0.002	－0.047±0.002	0.029±0.002	0.191
	Si- $K α$	0.638±0.002	1.776±0.002	2.784±0.002	－0.047±0.002	0.022±0.002	0.145
	S- $K α$	0.848±0.002	2.362±0.002	2.784±0.002	－0.047±0.002	0.031±0.002	0.204

Table 3

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Table 4

Fig. 9

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年份	观测次数	曝光时间/（10⁶s）	光子数/10⁷
合计	1 455	4.101	6.084
2016	137	0.381	0.491
2017	553	1.530	2.308
2018	516	1.484	2.225
2019	249	0.705	1.060

年份	光子流量/（cts·keV^-1·s^-1）		Ф/keV		FWHM/keV
年份	7.5 keV附近	9.5 keV附近	7.5 keV附近	9.5 keV附近	7.5 keV附近	9.5 keV附近
2016	0.044±0.001	7.493±0.004	0.277±0.014	6.195±0.309	9.496±0.002	0.083±0.005
2017	0.077±0.002	7.501±0.003	0.294±0.012	7.446±0.413	9.507±0.003	0.098±0.006
2018	0.031±0.001	7.488±0.004	0.313±0.016	5.288±0.186	9.500±0.002	0.091±0.004
2019	0.035±0.001	7.507±0.003	0.297±0.012	5.454±0.201	9.500±0.002	0.089±0.004

On⁃orbit stability analysis of FXPT on XPNAV⁃1

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