全天空成像仪

日前，我国气象卫星风云三号E星首批高精度、多波段太阳图像正式发布，不仅展现出太阳不为人知的“另一面”，通过数据我们更能了解太阳，为更精准、更及时预报空间天气提供有力支撑。一颗散发着金色光晕的球体缓缓转动，沸腾翻滚的表面变幻莫测，仿佛藏着许多奥秘，这就是令人震撼的太阳“写真”。拍摄“写真”的神器，是“黎明星”风云三号E星搭载的太阳X射线-极紫外成像仪（简称X-EUV成像仪）。该成像仪是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研制。项目负责人陈波介绍，X-EUV成像仪是我国第一台空间太阳望远镜，也是国际上首台具有X射线和极紫外两个波段的太阳成像仪。气象卫星为何要给太阳“拍写真”呢？陈波说，太阳不仅影响地球的天气，也是空间天气的“始作俑者”。空间天气是指日地空间环境的变化。太阳是距离我们最近的一颗恒星，当它“发脾气”时，比如耀斑爆发或日冕物质抛射，都会影响地球的磁场和电离层，可能导致卫星失控、导航失灵、通信故障，甚至影响电网、石油管道等基础设施。“今年开始太阳逐渐进入活动峰年，国家需要及时准确的空间天气预报，这台仪器上线得非常及时。”陈波说。当我们观察太阳时，只能看到可见光波段。X-EUV成像仪可以用X射线和极紫外两个波段监测太阳，并能在两个波段间切换，相比可见光波段，能看到太阳更多细节，更早预报太阳活动，提早预报灾害性空间天气事件。此外，成像仪在太空中运行不受日照、天气、大气等条件影响，可以全天候、连续监测太阳活动变化。X-EUV成像仪还可以进行在轨辐射定标。“比如太阳耀斑，一般仪器只能测得耀斑的相对亮度，就像地震时只知道地震发生但不知道具体震级。X-EUV成像仪利用自带的辐射定标装置，对X射线和极紫外图像进行定标，从而确定耀斑等级。”陈波说，“可见光波段成像仪器的辐射定标技术比较成熟，但对X射线和极紫外波段成像仪器的在轨辐射定标，我国还是第一次。”如何实现在卫星旋转的过程中“镜头”还能对准太阳，稳稳地按“快门”让照片不“虚”，陈波团队着实费了不少周折。“首先需要针对极轨卫星特点，设计成像仪的跟踪、稳像方案，研制具有我国特色的跟踪稳像系统。”陈波说，为了在地面拍摄可见光太阳图像，验证系统功能，团队成员在零下20多摄氏度的冬天进行场外测试，成宿成宿地做实验。“我们计划在风云四号卫星上搭载一个类似的成像仪，而且分辨率更高，波段范围更广。”陈波说。

对2023年可能发生的世界科技热点事件，多家国际主流媒体进行了展望，均把中国空间站工程巡天望远镜（即“中国巡天空间望远镜”，英语简称“CSST”）列入其中，认为它的飞天将与美国发射新型火箭、启动小行星采矿任务等成为人类探索或利用太空新的年度里程碑。根据最新版的中国航天白皮书，在天宫空间站全面建成以后，我国将适时启动CSST发射、部署工作，开展更加广泛的天文调查。中国载人航天工程办公室曾向外界表示，我国首个大型巡天空间望远镜计划于2023年发射，开展广域巡天观测，将在宇宙结构形成和演化、暗物质和暗能量、系外行星与太阳系天体等方面开展前沿科学研究。空间光学观测领域将升起的新星说到天文望远镜，很多人第一时间想到的可能是“中国天眼”，即位于贵州平塘的500米口径球面望远镜（FAST）。作为我国近年来建成的重大科技基础设施，FAST以其超大的体量规模、优异的探索能力和丰硕的初期探测成果收获了超高的人气，享誉海内外。与FAST相比，CSST目前的知名度虽然不那么高，但是对于业内人士来说，它是一颗在光学望远镜开展天文观测领域正在冉冉升起的新星。FAST与CSST之间除了知名度大小不同之外，当然还有诸多相异之处，其中最根本的区别在于它们分属不同的天文望远镜类型。FAST是射电望远镜，接收的是天体发出的无线电波，而巨型球面镜就是其接收无线电波的天线，它把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后传送到接收系统中去放大，接收系统从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的计算机记录下来。计算机记录的结果显示为许多曲线，供天文学家研究分析，从而获得各种宇宙信息。因为无线电波可穿透宇宙空间，所以射电望远镜不太会受光照和气候的影响，可以全天候、不间断地工作。CSST是光学望远镜，捕捉的是近紫外至可见光波段，通过组成望远镜的直径大、焦距长的物镜和直径小、焦距短的目镜，实现远距离物体近处成像。这样，人们通过光学望远镜，就可以观察到很远的天体。由于受到地球浓厚的大气层、电离层、臭氧层和地磁场等综合因素影响，地基光学望远镜观测能力有限。随着航天科技的进步，消除上述因素影响的太空光学望远镜应运而生，这就是分别于1990年4月和2021年12月升空的哈勃太空望远镜和韦伯太空望远镜。中国巡天空间望远镜将紧随其后，成为人类新的“飞天巨眼”。分为两大部分，拥有5大装备CSST将是一个块头超大的太空飞行器，对其具体个头大小，中国空间站工程巡天望远镜科学工作联合中心主任、国家天文台副台长刘继峰曾这样描述：“大小相当于一辆大客车，立起来有3层楼高，口径为2米。”从目前披露的信息来看，巡天空间望远镜总长约14米，最大直径约4.5米，发射质量约16吨。CSST巡天光学设施责任科学家、中科院国家天文台研究员詹虎介绍说，CSST主要分成两部分即“平台段”与“光学设施段”，前者其实就是CSST的“资源舱”，负责为其太空飞行提供动力，后者则是CSST主体载荷，包括5台观测设备，即巡天模块、太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪和系外行星成像星冕仪。正如其名字所表明的那样，CSST的主要使命是“巡天观测”，也就是对天体进行普查，能够清晰、精细地观察到成千上万的星系，带来全景式宇宙高清图，因此该望远镜占据最主要观测时间的是巡天模块。据詹虎透露，“巡天观测”约占CSST运行时间的70%。据中国科学院国家天文台研究员李然介绍，为了保障“巡天观测”成像质量和能够接收广阔视场的信息，CSST巡天模块安置了30块探测器，总像素达到25亿。其中18块探测器上设置有不同的滤光片，这使得它可以获得宇宙天体在不同波段的图像，留下彩色的宇宙样貌；另外12块探测器则用于无缝光谱观测，每次曝光可以获得至少1000个天体的光谱信息。在整个巡天周期里，巡天模块将会覆盖整个天空面积的40%，积累获得近20亿星系的高质量数据。詹虎和李然在介绍CSST超强“巡天观测”能力的同时，强调其精细观测能力也很强。该望远镜配备的太赫兹模块、多通道成像仪、积分视场光谱仪和系外行星成像星冕仪都是精测模块，它们将依托各自特点开展系外行星探测、星系核心区域空间可分辨光谱观测，近邻星系中性碳研究，宇宙超级深场观测等众多特色科学观测。更适于巡天，便于维护升级同为太空光学望远镜，CSST与哈勃望远镜相比有什么特点呢？对此，詹虎回答说，CSST更适于巡天，其巡天相机的镜片口径为2米，虽然略小于哈勃望远镜的约2.4米，但是其视场约是哈勃望远镜的300倍，可以比较快地完成大范围宇宙观测。李然打了个形象的比方：好比山上有一群羊，哈勃望远镜能看到其中一只羊，而CSST可以把成千上万只羊都拍下来，而且每一只的清晰度都和通过哈勃望远镜看到的一样。CSST的巡天特长可以说是“与生俱来”的。作为我国载人空间站旗舰级项目，CSST是我国迄今为止最大的空间天文基础设施，在项目设计之初就瞄准了大视场、高像质、宽波段等方向。对此，李然解释说，哈勃望远镜是人类空间望远镜先行者，已经取得了丰硕的科研成果，CSST只有采取与之不同的创新设计，才能更进一步促进空间天文学的发展，进一步拓展人类认识的边界。创新设计可供选择思路有两种：一种是建造更大口径的太空望远镜，以看得更深，获得更暗弱天体的信息；另一种是建造可以观察更广阔天区的太空望远镜，以更高的效率巡天观测，更系统地研究宇宙空间。中国有关方面根据相关实际情况，为CSST选择了第二种思路。CSST的另一个显著特点是与空间站相得益彰。从CSST的中文全称“中国空间站工程巡天望远镜”可以看出来两者之间的密切联系。具体来说，CSST以天宫空间站为太空母港，平时观测时远离空间站并与其共轨独立飞行，在需要补给或者维修升级时，主动与“天宫”交会对接，停靠太空母港，不仅能够保障其在10年寿命期内可以正常运行，有效避免出现类似哈勃望远镜遭遇故障约3年无法修复的情况，而且能够延长在轨寿命，实现超期“服役”。历时10余载不断调整完善CSST是中国科学家特别是光学、天文学界专家和航天科技工作者长期通力合作的结果。詹虎介绍说，2009年12月，中国载人航天工程空间应用系统的总部组织召开一系列研讨会，探讨空间站在微重力科学、天文学、生命科学、地球科学等领域的科学目标与研究方向，由此拉开了CSST项目的序幕。 2013年11月，CSST正式立项。詹虎特别指出，根据立项时的方案，CSST是与空间站实验舱直接相连，但由此带来一些问题。比如，空间站组合体的姿态变化、结构形变以及各种振源对其形成的扰动都会使凝视观测的像质严重退化。再比如，空间站周围可能存在的污染环境和颗粒物、空间站大致对地定向的姿态其结构对观测方向的限制以及舱体和太阳帆板等各处表面产生的杂散光等因素，都不利于天文观测。鉴于此，2015年，该方案被调整为CSST与空间站共轨独立飞行并获得批准。之后经过遴选，CSST配备的巡天模块、太赫兹模块等5台仪器被确定下来。2022年4月，CSST初样研制进入关键期。当年底，初样鉴定件研制完成。据巡天光学设施总体主任设计师、中科院长春光机所研究员徐抒岩透露，在完成望远镜各个子系统、组件、单元集成测试试验工作后，即转入正样研制和飞行件的研制工作，随后与巡天平台集成开展联合试验，进行发射场测试，最后择机发射。在CSST研制等工作紧锣密鼓推进的同时，观测数据处理准备工作已经着手推进。据李然介绍，CSST在全周期将会产生50PB的科学数据产品，有关部门已建立了一个由天文学家、数据专家和计算机专家组成的团队，致力于开发CSST科学数据处理系统，产生供全国乃至全世界天文学家使用的天文图像和星表，开展进一步研究。有望为世界天文学发展作出重要贡献CSST还未升空，但是其致力于打造的面向国际开放的、先进的空间天文台，将为人类认识世界提供新的可能性，吸引了全球科学家特别是天文学家、物理学家的目光。在CSST科学工作联合中心网站上，人们可以看到CSST瞄准的7大科学目标，其中涉及宇宙学、星系和活动星系核、银河系及近邻星系、恒星科学、系外行星与太阳系天体等，每一项都指向当代科学最前沿。比如，利用CSST大天区巡天和超深场观测提供的丰富观测数据，对宇宙加速膨胀和暗能量、暗物质等进行研究，对星系的形态结构及其演化、活动星系与超大质量黑洞等进行研究。李然表示，CSST有望帮助人类探索并解答关于宇宙的物质构成、结构、演化等基本问题。詹虎指出，天文探测能力的提升推动人类对宇宙认知，每次观测深度、广度、波段、测光精度等方面的突破，都会带来重大发现，甚至引发天文学和物理学革命性发展。CSST综合性能优异，在一些指标上大幅超越以往项目，在同期巡天项目中像质最好，近紫外波段的观测能力独一无二。李然满怀信心地表示，CSST不仅有望在宇宙加速膨胀机理的研究等方面取得突破，而且将打开更广阔的发现空间，为世界天文学的发展作出重要贡献。

红外气体热成像红外气体热成像技术是一种高效的泄漏监测技术，可以第一时间识别VOCs运输和储存等过程的泄漏现象并可视化，准确定位到泄漏或排放的源头，进而有效地执行泄漏检测和修复(LDAR)程序以及安全预警措施，避免造成安全事故和经济损失。EXPEC 1890在线式红外气体热成像仪_谱育科技EXPEC 1890在线式红外气体热成像仪基于红外气体热成像技术，集成可见光显示、视频录制和拍照取证等多种特色功能，同时配备高分辨率制冷型探测器，结合泄漏监测专用分析软件，通过长焦距镜头 即使在光线不利的条件下 也可以实现中远距离对VOCs潜在排放和泄漏源 进行连续24小时可视化在线监控。设备符合GB 20950《储油库大气污染物排放标准》、GB 20951《油品运输大气污染物排放标准》、GB 20952《加油站大气污染物排放标准》以及HJ 733《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》的要求，以守望式监测来守护安全。上下滑动阅览产品特点【防爆设计】满足石化、天然气等需要防爆的区域使用要求，广泛应用于储罐、管道、海上石油平台等基础设施安全隐患的监控。当泄漏发生时，可实现对泄漏源的快速、精准定位；【高灵敏度】高灵敏制冷型探测器设计，具有普通红外图像、高灵敏红外图像、可见光图像等多种成像模式；【中远距离监控】配备长焦镜头，可实现1km的探测距离；【全方位】水平、垂直多角度可旋转扫描，视野范围内实现全方位、大面积覆盖；【无损化】不中断工业生产过程，保护石油、化工、天然气企业等基础设备，有效减轻产品损伤和物料损失，提高企业的生产工作效率；【持续保护】7×24小时连续在线监测，第一时间发现泄漏，并及时报警；【远程控制】通过以太网将泄漏图像或视频实时传输至专用泄漏管控平台，实现远程控制和实时监控预警。谱育科技EXPEC 1890优势1.保障人员安全、设施安全、财产安全；2.安全场所内，远程、高效、连续地监控大片区域；3.将监测结果可视化，直观揭示泄漏源；4.解决高空、高温、危险等各类不可达点位的监测；5.快速、准确地定位到泄漏源，结合专用泄漏分析软件实现自动预警；储罐区气体泄漏的发生和发现针对储罐区VOCs泄漏监测，为达到精准定位泄漏点位的目的，可通过在不同角度布设多台EXPEC 1890在线式红外气体热成像仪进行组合使用，从不同方向观察储罐，帮助估计泄漏烟缕的大概位置，同时结合泄漏羽流的速度和当时风向，基本可以把范围缩小到泄漏点位附近的某一两个储罐。通过多点布设，可覆盖到化工、石化和能源等企业基础设施的每一个角落，真正做到全覆盖、全天候、全过程监测。应用案例谱育科技EXPEC 1890 对储罐区进行全天候在线监测，可见光下，未察觉出任何储罐存在异常。当开启气体增强模式后，发现其中一座原料储罐顶部出现明显的烟雾；当启动连续数字变倍、激光测距和GPS定位等一系列特色功能后，EXPEC 1890 快速、准确地掌握了泄漏储罐位置信息，人员进入现场进行及时修复，有效地降低了企业损失和风险。 增强模式下VOCs泄漏监测 谱育科技EXPEC 1890的气体增强模式具有强大的检漏能力，对于企业泄漏风险管控至关重要，红外模式同样如此。谱育科技EXPEC 1890对石化园区的储罐区进行在线监测，在红外模式下，发现部分储罐和管道出现温度相对较高的异常状况，现场人员立即排查这类安全隐患，降低了可能的存在火灾、爆炸等事故风险。红外模式下，企业安全风险管控能力大大提升。 红外模式下VOCs泄漏监测 谱育科技EXPEC 1890可以成为泄漏监测的瞭望塔，泄漏修复的指挥棒，更是保障安全生产的强心针。随着红外热成像技术的快速发展和不断推广，VOCs及更多有毒有害气体的检测将从传统方法(如嗅探器)逐渐过渡到可视化泄漏监测。红外热成像技术能够很好地满足包括减少排放、提高产能和工艺效率、确保安全的工作环境等各类复杂的工业应用需求，未来将在大气监测和其他领域发挥不可替代的作用。