深度揭秘好奇號火星車搭載的科學儀器
加入技術交流群
好奇號火星車在成功抵達火星并完成一系列著陸步驟后，開始了為期兩年的火星表面勘探的科研工作。
該科研項目使用ChemCam化學與照相機科學儀器來實現(xiàn)目標物的可視化，火星車桅桿裝載的ChemCam由一個激光誘導擊穿光譜儀（LIBS）和一個高分辨率成像儀組成。ChemCam是首個LIBS技術在行星科學中的應用實例，并且已經(jīng)成功發(fā)出過激光并分析好奇號周圍選中的火星巖石。
更小，更輕便的激光器
ChemCam中的激光器由法國Thales Optronics公司研發(fā)制造。據(jù)該公司項目經(jīng)理Eric Durand 介紹，早在2001年，ChemCam配件供應商之一法國國家空間研究中心（CNES）在首次和Thales Optronics 溝通時就提出，Thales的產(chǎn)品Diva半導體泵浦固體激光器的光學性能很適合火星LIBS勘探應用，但是需要縮小體積和重量以適應航天環(huán)境的嚴苛要求。
Diva激光器原來設計為在常溫下工作，設備需要改進為能在無主動冷卻系統(tǒng)的條件下，在溫差為60度的環(huán)境溫度下運作。對重量的要求更加苛刻：Diva激光器原來有10公斤重，CNES要求Thales研發(fā)出重量只有500克的激光器，并且要求該激光器能夠順利通過火星之旅。
LIBS技術的實際應用原理圖
原來的Nd:YAG激光介質(zhì)被替換成了Nd:KGW晶體棒或者摻釹鎢酸鉀釓晶體，并由700瓦二極管堆棧縱向泵浦。Nd:KGW晶體棒的寬光譜吸收特性使其在大溫差范圍內(nèi)具有極小的吸收率波動，從而可以實現(xiàn)二極管和激光棒的傳導冷卻，以便在大溫差的火星環(huán)境中工作。
研發(fā)團隊同時改進了Q開關系統(tǒng)，原來的4千伏特供電不太適合用于其它行星，通過改用基于RTP（磷酸鈦氧銣）普克爾盒的Q開關系統(tǒng)，就只需要1千伏特供電并且可在要求的大溫差范圍內(nèi)工作。
令人振奮的是，早在2003年當ChemCam被正式確認為好奇號火星探測組件時，THALES就研制出了在實驗環(huán)境中運作良好的光學組件。并在接下來的4年中構建6組不同的模型來研究系統(tǒng)參數(shù)，并于2007年交付用于最終飛行設備。
據(jù)Durand介紹，他們幾乎完全重新改造了激光器，挑戰(zhàn)比較大，開始時并沒有足夠的信心，但是他們最終成功改造了滿足如下工作要求的激光器：一個輸出24毫焦以上脈沖能量、8納秒以內(nèi)脈寬、1067納米波長的激光光源，并且它的理想工作溫度為-20到+20攝氏度。
三重光譜分析儀
ChemCam機身內(nèi)還包含有CCD相機和光譜儀電子元件，分別安裝在好奇號火星車的桅桿上，通過光纜接受激光激發(fā)產(chǎn)生的等離子光束。 光譜分析儀相關文章:光譜分析儀原理
評論