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XMM-牛顿卫星重3.8吨，长10米，太阳能电池帆板展开后宽16米。卫星上搭载的主要科学仪器有：
*3台掠射式X射线望远镜，每个望远镜由58个套筒组成，采用沃尔特Ⅰ型构造，最大的一层直径为70厘米，焦距为7.5米[1] ，总接收面积达到4,300平方厘米，是由意大利科学家制造的。
*三台欧洲光子成像照相机（EPIC），工作能段为0.2-12keV，位于X射线望远镜的焦平面上，用于X射线成像、X射线测光和中等分辨率分光。其中两台为MOS（金属氧化半导体）照相机，由7块不共面的CCD芯片组成，另一台为pn照相机，由12块共面的CCD芯片组成。
*两台反射式光栅分光仪（RGS），位于X射线望远镜的焦平面上，可以获得高分辨率的X射线光谱。