北京时间2023年9月7日早上7：42，承载了几代人期望的日美联合卫星XRISM（X-Ray Imaging Spectroscopy Mission）顺利升空。但说办庆功宴还为时尚早。事实上，这已经是过去近20年来以X射线微量能器（X-ray microcalorimeter）为核心载荷的空间X射线望远镜的第四次尝试了。
今年8月初，在美国麻省理工学院召开的以X射线高分辨能谱观测为主题的年度Chandra X-ray Workshop上，XRISM的美航局项目科学家Brian Williams调侃说：“To me, the fourth is the charm”（注：英文中有“the third time is the charm”这一说法，意思是第三次尝试就该成功了）。Brian为何这么说呢？
为什么XRISM发射成功了还不能办庆功宴呢？
在回顾2000年以来的三次尝试前，让我们先把时间拨回到上世纪80年代，简单地回顾一下故事的开端。
早在上世纪80年代左右，美国科学家就开始计划在空间X射线望远镜AXAF（Advanced X-ray Astrophysics Facility，也就是后来广为人知的于1999年发射的钱德拉X射线望远镜）上搭载一个X射线微量能器光谱仪（X-Ray Spectrometer, XRS）。彼时，由于X射线微量能器技术还不够成熟，美航局最终选择了光栅光谱仪作为AXAF的X射线高分辨能谱载荷。
自1995年起，美国威斯康星大学开始致力研发XQC（X-ray Quantum Calorimeter）探空火箭系列项目。美国时间1999年3月28日，搭载有X射线微量能器的探空火箭成功发射。尽管探空火箭的观测时间很短（约4分钟左右），但天文学家们首次获得了银河系弥漫X射线辐射的高分辨能谱观测数据，并为此后利用X射线微量能器开展长期观测的空间项目奠定了基础。
相较于光栅光谱仪，X射线微量能器的优势在于既能成像又能获得高分辨能谱，因此极其适用于弥漫X射线辐射的高分辨能谱数据获取。日航局（JAXA）和美航局（NASA）也就此拉开了长达20多年的合作，持续投入以X射线微量能器为核心载荷的空间X射线望远镜系列的持续投入。
2000年2月10日，日本宇宙科学研究所（ISAS，于2003年并入日航局JAXA）和美航局联合项目X射线望远镜Astro-E发射失败。该项目搭载有美航局提供的XRS-1（延续了AXAF项目中XRS的命名）。由于发射火箭M-V的一级发动机在起飞后42秒左右发生故障，Astro-E坠落并烧毁。日美迅速决定重造Astro-E卫星。新的项目代号为Astro-E2。
2005年7月10日，Astro-E2发射成功。该项目搭载有美航局提供的XRS-2。Astro-E2成功在轨运行近10年（于2015年9月2日停止运行）并被重命名为Suzaku（朱雀，即我国古代天之四灵中的红色神鸟）。然而，XRS-2却没有任何科学产出。X射线微量能器的工作温度为0.1 K以下（注：绝对零度0 K即零下270摄氏度）。空间极低温制冷极具难度，通常要分为预冷和极冷两个阶段来实现。
液氦预冷能将环境温度降到4K左右，紧接着通过如绝热去磁制冷等方式再将环境温度从4 K降到0.1 K以下。
Suzaku卫星携带了约30升液氦，不幸的是，7月29日和8月8日由于设备故障引起了几次液氦蒸发事件。在Suzaku成功发射后不到1个月内液氦便损耗殆尽，XRS-2也因此并未开展科学运行。
2016年2月17日，日美联合卫星Astro-H发射成功。
该项目搭载有美航局提供的X射线微量能器探测器SXS（Soft X-ray Spectrometer）。在Astro-H发射成功后，日航局将其重命名为Hitomi（中文名为瞳）。彼时还在荷兰空间研究所SRON的日本科学家Hiroki Akamatsu告诉笔者，瞳这个名字源自于中国成语故事画龙点睛。命名寓意美好，但“神龙”召唤出来才一个多月Hitomi卫星便由于一系列技术故障折戟沉沙。
这一系列“致命”事故的开端是卫星控制系统（Altitude Control System）向卫星发出旋转信号，错误的旋转方向使得卫星不断加速旋转。我们也许曾有过一次“抢救”的机会，但那次极为关键的地空通讯出现故障并我们与卫星彻底失联，整个卫星在高速旋转中四分五裂。
不幸中的万幸，Hitomi的X射线微量能器开展了科学观测，并通过对英仙座星系团（Perseus galaxy cluster）累计达338 ks（近90小时）的观测获得了在2-10 keV能段上迄今为止最高质量的X射线高分辨能谱，取得了一系列突破性成果。
Hitomi/SXS的研发吸取了Suzaku/XRS-2失利的经验，默认的预冷方式仍为液氦，但同时配备有机械制冷装置，使得卫星在液氦用完（预计3年）后仍可以通过机械制冷的方式将环境温度降到4K从而大幅延长卫星的工作寿命。
随着XRISM升空，我们期待它顺利通过性能验证阶段并力挽狂澜，在今后的几年内顺利开展X射线高分辨能谱观测！
XRISM/Resolve于X射线微量能器技术的天文观测应用而言仅仅是小荷才露尖尖角。美国威斯康星大学的XQC项目团队已经于2022年6月26日成功发射了搭载有第二代超导转变边沿传感器（Transitional Edge Sensor, TES）微量能器的探空火箭并获得天文观测数据。
相较于Hitomi和XRISM所搭载的第一代硅基微量能器而言，超导TES微量能器的像素单元数量和能量分辨率均有显著提升。
事实上，各大航天局均期待在下一代的空间X射线望远镜上启用超导TES微量能器，包括我国主导研发并正在立项中的中国空间站项目银河系热重子探寻计划DIXE（DIffuse X-ray Explorer）和独立卫星项目宇宙热重子探寻计划HUBS（Hot Universe Baryon Surveyor)，欧空局（ESA）的下一代旗舰型空间X射线望远镜ATHENA（Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics），美航局概念项目LEM（Line Emission Mapper），日航局概念项目SuperDIOS，加航局概念项目Colibri等。
X射线天文的历史不长，始于上世纪60年代。过去60年几乎是欧美日三方主导空间X射线天文项目的研发（包括望远镜，空间站项目，探空火箭等）。2017年我国第一颗X射线望远镜“慧眼”成功发射并取得一系列重大成果。2023年底，中国科学院战略性先导科技专项空间科学（二期）项目爱因斯坦探针（Einstein Probe）预计发射升空。二者各有特色，但均未搭载X射线微量能器。
目前，清华大学、中国科学院国家天文台、中国科学院理化技术研究所、中国计量科学研究院、同济大学等多家国内单位正在联合研发第二代X射线超导TES微量能器、空间机械制冷、空间绝热去磁制冷、超导电子学复用读出等多项关键技术，为正在立项中的DIXE和HUBS空间X射线项目提供技术支持。