红外天文小卫星（NICE） Near-Infrared Chinese Experiment

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1 红外天文小卫星（NICE） Near-Infrared Chinese Experiment
胡景耀、邓劲松、裘予雷 2009年10月30日 （国家天文台战略方向项目答辩）

2 可能的项目合作单位 上海技术物理研究所 上海微小卫星工程中心 华北光电所 。。。。。。

3 项目简介 开发一颗红外天文小卫星 开展全天区的成像巡天 做为我国空间红外天文的起步 基于国内现有或可发展的探测器和空
间技术、服务于基础科学与应用

4 红外天文观测的重要性 宇宙的起源和演化 宇宙中生命的起源 早期宇宙的可见光 观测者红外波段 宇宙学红移
早期宇宙的可见光 观测者红外波段 宇宙中生命的起源 恒星形成区、原恒星及原行星盘、地外行星、 星际尘粒和有机分子的重要辐射波段 宇宙学红移 乙炔 氰化氢 DNA/蛋白质

5 天基红外观测的必要性 地球大气窗口的限制 大气的红外辐射强背景 J (～1.2mm)、H (～1.6mm)、K (～2.2mm) 、
L’ (～3.8mm) 、M (～4.8mm) 等 大气的红外辐射强背景 从2.5到3mm增加2-3个数量级！  地基观测 < 2.5mm

6 红外巡天/空间红外天文的进展 地基的近红外巡天 (J、H、K) 空间的中远红外巡天 (>5mm) 空间红外天文台（定点观测）
2MASS、DENIS 、UKIDSS (2005-)、VISTA (2009-) 空间的中远红外巡天 (>5mm) IRAS、AKARI、Spitzer、SPICA (2017-)等 空间红外天文台（定点观测） ISO、Spitzer、Herschel、JWST等 空间的暗能量巡天 EUCLID、SNAP：<1.7mm WISE巡天项目 (2010-) 近中红外 (2.8-28mm) 寿命≥7月、~8×8.8秒曝光

7 NICE波段选择与需求 小空间望远镜项目  全天巡天 天基观测相对于地基的优势  >2.5mm
科学产出  多波段星表：2.7－4.0mm、4.1－4.5mm 独特的科学目标  3.3mm窄波段 探测在近红外波段比 WISE 更深  0.03mJy（600s 5s）寿命～3年 工作模式：凝视-摆动-凝视

8 科学目标：3.3mm PAH巡天 PAH：多环芳香烃分子 3.3mm谱带探测中性或小尺寸PAH 尚无深度的PAH全天巡天
广泛存在（星际空间、星周盘、星系、彗星等） 控制星际介质的化学和物理演化 10-20%的宇宙碳元素；生命分子形成中的重要性 3.3mm谱带探测中性或小尺寸PAH C-H拉伸(3.3)、C-H弯曲(8.6,11.3)、C-C拉伸(6.2,7.7) 尚无深度的PAH全天巡天 ISO、Spitzer等（定点观测） 欠缺对3.3mm特征的观测

9 其它科学目标 河内原星团的形成演化、银河系结构 几十pc内的褐矮星搜索 z=1星系Pa巡天、z=4类星体Ha巡天
3.3mm的甲烷特征吸收带 z=1星系Pa巡天、z=4类星体Ha巡天 红外星系（>109 L⊙）、亮类星体（MV < -26） 近地小行星、太阳系彗星和黄道光等 红外变源和机遇目标 SVOM卫星的伽玛暴的余辉观测

10 特殊应用需求 反导遥感卫星的几何和辐射定标 2.5－3.1mm、4.2－4.6mm 大气的H2O/CO2、CO2吸收窗口 尾焰的特征发射带
美军方的中段空间实验卫星 MSX的 mm数据难以 检索到

11 技术方案思路：红外探测器 国产红外面阵探测器（电子11所、技物所） 的性能已与法国的Sofradir相当 现状：针对对地遥感的快读出类型
读出噪声（>300e-）和暗电流噪声大 天文应用要求低噪声的慢读出类型 目标：读出噪声 < 200e-、暗电流 < 30e-/s/pix 合作单位已在开发 针对天文应用做性能测量和优化设计、 低噪声的读出电路和多次非破坏性读出

12 技术方案思路：光学系统 小型轻量化：总载荷 < 120kg 口径 ~ 30cm、视场 ~ 1.2 x 1.2 平方度、
三通道同时成像、分辨率 ～ 3角秒 光学设计参考方案

13 技术方案思路：轨道与巡天策略 6am太阳同步轨道：700-900 km、98度 凝视 －> 转动 －>凝视
凝视时间 5-10分钟、转动角度 30-60度 完成全天巡天 < 3年

14 技术方案思路：载荷制冷 望远镜主体被动制冷 < 140K 冷光阑隔断望远镜主体 对探测器的热辐射 探测器机械制冷 < 80K
多次隔热板遮挡太阳、地球 镜筒表面做有利于辐射的处理 冷光阑隔断望远镜主体 对探测器的热辐射 探测器机械制冷 < 80K 合作单位现有和研制中的斯特林或脉管制冷机

15 技术方案思路：姿态和指向控制 凝视观测和3角秒的分辨率要求 高指向稳定性 5分钟 < 1角秒 研究利用主光学望远镜结合星敏感器实现
高指向稳定性的方案

16 项目进展与展望 已与技物所和小卫星获联合基金（3年35万） 已联合申请院空间预研项目支持（1年30万） 前期争取搭载试验的可能（如天宫等）
减小口径（10-20cm）、改变巡天方式、 采用摆镜实现指向稳定。。。 争取3-5年完成方案研究和关健技术攻关