“悟空”卫星的探测原理是什么？

暗物质卫星是一个高能粒子和伽马射线望远镜，从顶部到底部一共有四种探测器，顶部是塑料闪烁体探测器，往下依次是硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器。

每一个探测器都有不同的功能，四种探测器组合到一起，才能实现高分辨地观测高能电子、伽马射线和宇宙射线粒子。

暗物质粒子探测卫星总共有75916路子探测器，可以说这是我们国家在天上飞行或者上天的电子学方面最复杂的一颗卫星。

塑料闪烁体探测器是中国科学院近代物理所研制的，它的主要的功能是测量入射粒子电荷。我们知道天上的粒子多种多样，比如伽马射线不带电，电荷为0；电子带负电-1；正电子+1；质子是+1；氢氦锂铍硼，一直到铁，铁是+26，通过测量电荷就能把大部分粒子鉴别出来。

粒子探测器的探测水平如何，可以用电荷分辨水平这样一个物理量来描述它。现在电荷分辨水平对质子来讲是0.13的电荷，对于铁来讲是0.32的电荷，这样就得出了地球上所有的元素天上都有高能粒子。这个0.13的电荷分辨水平和世界上所有的在轨卫星的最高水平相当，我们达到了世界上最高水平。

塑料闪烁体探测器下方是一个硅阵列探测器，它的研制单位是中国科学院高能物理所领导的一支国际合作团队，包括瑞士的日内瓦大学和意大利的佩鲁贾大学，它的主要功能是测量粒子的方向和电荷。

这个探测器的水平可以用位置分辨来表示，探测器位置分辨的精度达到了优于60微米，上图中的灰影是计算模拟的最高水平，和理论结果吻合的很好，这表明我们的探测器达到了国际上最先进的伽马射线望远镜的水平。

在硅阵列探测器下方有一个叫BGO量能器的探测器，整个探测器1.4吨重，仅BGO量能器就一吨多重。它的主要任务是测量入射粒子能量和方向，并鉴别粒子的种类，是由中国科学技术大学和紫金山天文台联合研制的。

BGO探测器里有一个世界上最长的晶体，有60公分长。

在卫星立项之前，我们和硅酸盐所合作，花了几年的时间把这种晶体研制出来，效率高、费用低。这是目前在天上飞行最长的BGO闪烁晶体。

那么BGO量能器的水平如何呢？在测量入射粒子的能量方面，能量分辨率达到了百分之一，这个是国际上最高水平，远远超过在天上飞的其它的卫星探测器。

中子探测器是中科院紫金山天文台研制的，主要功能是用来鉴别粒子。我们知道宇宙射线的质子、重核都会和探测器作用产生大量的次级中子，而电子和伽马射线产生的次级中子数目要少一点，根据这一点我们可以来鉴别粒子。

上图中，彩图的左下角是电子伽马候选事例，上方是本底。我们可以看到在TeV级别上，仅仅用中子探测器就能把它鉴别得很好。这在世界上是第一次用中子探测器在TeV以上用来鉴别粒子。我们发现这是一个很成功的方法。

由于国内没有高能粒子加速器，所以我们这个探测器研制完成后，还要运到瑞士的欧洲核子研究中心，用加速器产生的高能粒子，模拟天上所有的高能粒子来验证我们探测器的性能、标定探测器。我们总共花了6个月的时间，测试了从质子、电子到伽马射线、重核等等，来验证探测器的性能，测试表明所有指标都满足后续科学需求。

在探测器完成以后，为了保证交付卫星的时候75916路子探测器都正常工作，我们通过地面的宇宙线粒子又进行了长时间的测试，证明所有的探测器、软件、功能都符合要求，才进行了在轨交付。

“悟空”卫星的在轨运行状况怎么样？

“悟空”卫星于2015年年底发射，卫星的重量1850公斤，探测器重量是1415公斤，感谢中科院微小卫星创新研究院的工程师和领导们的支持，研制了这个高的载荷重量比的探测器。

卫星的设计寿命是三年，但是根据现在的测试结果，所有的探测器工作完美，我们预计卫星真正在天上服役的时间要远远超过它的设计寿命。

卫星每天绕地球15圈，平均每秒钟获得60个高能粒子，每天获得500万的高能粒子。发射到现在将近两年，卫星十分稳定，像塑料闪烁体探测器、BGO量能器、中子探测器，它的稳定性都优于0.5%，基本上随着时间都没变化。

悟空卫星在天观测情况