CNES的PILOT高空科学气球项目简介

2017年4月16日,在澳大利亚中部的爱丽丝泉,澳大利亚气球发射站成功地完成了“澳大利亚2017”气球发射项目的第三次任务,也是最后一次任务。

气球上携带一个PILOT望远镜(对微弱的星际介质进行长波观测的偏振仪)。该仪器是法国国家空间研究中心(CNES)、天体物理学和行星学研究所(IRAP-CNRS)以及法国和其他国家的一些机构合作任务的一部分,其中CNES还负责气球的发放。

气球于当地时间6:20发放升空,瞬间我们便可以看到气球释放瞬间的图像,由来自CNES的Nicolas touzet友情提供。经过一段正常的爬升后,气球到达海拔39.5km的高度,在日间飞行过程中,都会保持这个高度,同时会有西向的水平漂移。在夜间,氦气温度的降低会造成浮力的损失,气球平飞高度会稍微低一些,大概在32km。

该任务于当地时间4月17日下午15:20结束,历时33小时40分钟,创下了CNES自2013年新增控制气球系统以来该方向的新纪录。CNES的绝对续航时间记录仍然属于“INTERBOA”项目的一个任务,1998年在瑞典基鲁纳上空飞行了45个小时。

望远镜的着陆区域位于昆士兰Longreach以西250公里的迪亚曼蒂纳湖国家公园内。幸运的是,吊舱的降落点离一条公路非常近。吊舱着陆后,我们可以获得PILOT望远镜拍摄的全景图,该图像由CNES的Stephane Louvel提供。

PILOT由803Z气球带载飞行,气球体积为800000m3,是zodiac公司可用的最大体积的气球,该公司是CNES项目最主要的供应商。连接气球和望远镜的缆绳大概300米长。

PILOT仪器的核心由几部分组成,包括IRAP开发的格雷戈里望远镜,奥赛天文空间研究所(IAS)提供的光度计(含英国卡迪夫大学开发的冷光学);罗马大学从意大利开发的半波片以及由原子能委员会(CEA)开发的焦平面探测器。这些焦平面,每一个都由2048个冷却到300 mK的热辐射探测计组成,最初是为Herschel卫星上的PACS(光电导阵列照相机和光谱仪)仪器开发的。

PILOT安装在一个常规的CNES稳定吊舱内,该吊舱的稳定性控制是采用修正的carmen模型,altazimuthal粗点控制。它能够绕着嵌入吊舱外壁的水平轴转动,来改变其亚毫米光轴的高度。绕着缆绳轴方向的水平旋转是由位于吊舱顶部的方位旋转装置实现的。为了减小残余大气对测量信号的影响,我们将通过在恒定高度上对吊舱进行大方位角旋转来完成对天空的测绘。

PILOT的观测灵敏度极高,仪器的姿态测量精度在几角秒内,并能够夜间和日间的条件下都能够对仪器进行姿态控制操作。这项任务是由ESTADIUS公司完成的,是一套为平流层应用而设计的高运动“角秒级”日间姿态测量系统,由CNES首先为PILOT实验开发。该系统安装在PILOT仪器的顶部,以便在PILOT观测和测绘天空的同时与其同步旋转。

2015年9月,PILOT项目的试验在加拿大的Timmins 平流层气球基地进行了第一次飞行。这次飞行持续了24小时,可以描绘银河平面内部及外部所有的从北半球可以观测到的天空。刚刚在澳大利亚进行的第二次飞行的目的是获得类似的数据,但这次是从南半球进行观测。

PILOT的目标是精确测量偏振,并将星际尘埃的磁性特性描述为空间尺度和以前从未使用的光学频率的组合。PILOT在整个项目(包括第三次飞行,即将在北极进行)中获得的测量结果将完善其他球载载荷(如Pronaos或者Archeops)在过去几十年获得的观测结果。

在这项任务中,“澳大利亚2017”项目最大的贡献便是配合CNES在澳大利亚完成了20年来的首次飞行。


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