暗物质粒子探测卫星是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批确定的五颗科学实验卫星之一，是迄今为止观测能段范围最宽，能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星，超过国际上所有同类探测器。其主要工程目标和科学目标是：

　　工程目标

　　研制一颗围绕科学探测载荷一体化设计并具有大载荷质量比的暗物质粒子探测卫星，同时研制生产一发长征二号丁运载火箭，在发射场、测控系统支持下将卫星发射至预定轨道。由测控系统完成在轨卫星平台的管理，由地面支撑系统完成有效载荷运行管理，并接收、预处理卫星探测数据，传送给科学应用系统。科学应用系统处理和分发经过标定的科学数据产品。

　　科学目标

　　1）通过在空间高分辨、宽波段观测高能电子和伽玛射线寻找和研究暗物质粒子，在暗物质研究这一前沿科学领域取得重大突破；

　　2）通过观测TeV以上的高能电子及重核，在宇宙射线起源方面取得突破；

　　3）通过观测高能伽玛射线，在伽玛天文方面取得重要成果。

　　工程基本信息

• 　　暗物质粒子探测卫星工程分为立项论证、工程研制、在轨运行三个大阶段。2011年为立项论证，2012年至2015年为工程研制，2015年至2018年在轨运行。
• 　　暗物质粒子探测卫星是我国第一颗由中国科学院完全研制、生产的卫星。
• 　　中国科学院国家空间科学中心负责暗物质粒子探测卫星工程大总体工作；
• 　　卫星系统由上海微小卫星工程中心负责抓总并承担卫星平台的研制，有效载荷由中国科学院紫金山天文台负责抓总研制，中国科技大学、中国科学院高能物理所、近代物理所、国家空间科学中心等参加；
• 　　地面支撑系统由中国科学院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行，对地观测与数字地球科学中心等单位参加；
• 　　科学应用系统由中国科学院紫金山天文台负责应用系统研制、建设、运行。

　　工程亮点

　　一、先进的探测指标

　　暗物质粒子探测卫星观测能短范围为5GeV-10 GeV，能量分辨率优于1.5%，超过国际上所有同类探测器。

　　在电子探测方面，探测器在轨观测6个月，可以观测到月10000个高于300GeV的电子，是南极气球项目ATIC的10倍，是欧洲PAMELA项目的50倍，与目前在轨运行的FERMI卫星相当。

　　在伽马射线观测方面，探测器在伽马射线能段的灵敏度远高于EGRET，AMS等探测器。与FERMI相比，具有高能量分辨的特点，在1TeV处能力分辨本领要比FERMI高20倍以上，暗物质粒子探测卫星整体谱线探测能力要比FERMI至少要高10倍以上。

　　在宇宙射线重核探测方面，探测器在轨观测3年，可以探测到约250个高于1 TeV（每核子）的碳核，对B/C比的测量可以达到TeV以上，超过目前国际上所有实验。

　　二、获得国际同行认可：束流试验

　　方案阶段至正样阶段，暗物质粒子探测器赴欧洲核子中心进行了4次束流标定试验。

　　（1）2012年10月，有效载荷总体赴欧洲核子中心进行了测试电性件（1/4缩比）束流标定试验（图2），探测器的能量响应线性、能量分辨率等指标与预期相符，验证了物理设计（图3）。束流标定数据分析，主要结果已在ICRC2013上发表（图4）。

　　图2载荷赴欧洲核子中心进行束流标定试验

　　图3束流标定试验试验结果

　　图4在ICRC2013发表的文章

　　（2）2014年10-11月，完成了初样件在欧洲核子中心的质子同步辐射（PS: Proton Synchrotron，低能段）和超级质子同步辐射（SPS: Super Proton Synchrotron，中高能段）的测试，获取数据总量120 GB，并通过了全部测试项目。

　　图5载荷初样件赴欧洲核子中心进行束流标定试验

　　图6束流标定试验初步分析结果

　　（3）2015年3月，完成了探测器对重核(Ar)打靶后碎片中不同核素的测量；

　　（4）2015年6月，探测器专门的质子测量。

　　三、载荷平台一体化设计

　　卫星有效载荷质量1.4吨，整星质量1.9吨，载荷平台比达到了2.8，根据载荷特点，卫星借鉴哈勃望远镜的设计理念，采用以载荷为中心的设计方案，探测器位于整星中心，电子学机箱及平台各单机均布于探测器周围的隔板上，是国内首次采用。

　　图7载荷平台一体化设计分解图

　　图8初样星

　　四、复杂的探测器设计

　　暗物质粒子探测器属于大型空间高能设备，由塑闪阵列探测器、硅阵列探测器、BGO量能器、中子探测器四个子载荷联合执行探测任务。

　　整个探测器有42000路电子学读出电路，168路高压电源，接近8万路探测器通道数。如此复杂的探测器，超过我国地面最复杂的加速器实验（北京谱仪），探测器能量分辨比国际同类探测器高3倍以上。

　　暗物质粒子探测卫星要将所有探测器及其电子学安装在1个立方米的空间内，技术难度超过了我国目前所有的上天高能探测设备。

　　图9载荷结构示意图

　　图10载荷现场联试

　　塑闪阵列探测器采用国内研制的世界最大闪烁体，设计者上攻克了“塑闪晶体温度形变适应结构的设计与实现”这一关键技术，探测器本底水平比国外同类探测器低5倍以上。

　　图11塑闪阵列探测器初样件

　　硅阵列探测器采用国际合作的方式，与欧洲联合研制先进硅微条探测器阵列，大幅度提高探测器空间分辨本领，达到国际领先水平。

　　图12硅阵列探测器初样件

　　BGO量能器是探测器中探测器通道最多，密度最大，结构最复杂，组件最多的子载荷。由308根世界最长的BGO晶体（60cm），616支光电倍增管组件（PMT），16块读出电子学板（FEE），1232块探测器Base电路板，616路高压电缆，1848路信号电缆，92个接插件，136路热电偶，56路热敏电阻，4.5万个高压焊点组成。

　　图13 BGO量能器初样件

　　工程研制进程

　　暗物质粒子探测卫星工程经过一年的立项论证，在国内通过择优选择了平台研制单位后于2011年12月23日正式立项，于2013年4月26日完成方案设计转入初样研制。2014年4月~9月，整星完成了初样阶段的全部工作，于9月29日通过整星初样研制总结暨正样设计评审，转入正样生产阶段。2015年5月有效载荷正样交付卫星，10月卫星完成了正样全部工作、合格出厂，8月地面支撑系统和科学应用系统完成预验收、具备执行任务能力，11月1日卫星运抵发射场，先后完成了星箭地电磁兼容试验、发射演练，于12月27日在酒泉卫星发射中心成功升空。

　　卫星经过三个月在轨测试后交付用户、执行三年的探测任务。

　　图14整星力学振动试验（初样阶段）

　　图15太阳电池阵展开试验（初样阶段）

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