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好奇号火星车

好奇号火星车

激光诱导击穿光谱仪器?研发在火星探测?应用中的巨?大技术挑战。

好奇号≦火星车㎎在成?功抵达火星并完成一系列着陆步?骤后,≤开始了为μ期两?/年的火星表面勘探的科研工$作。

该科研项目使用ChemCam化学与照㎝相机科?学仪∪器来实?现?目标物的可视化,?火星车桅杆装载的C※h∠e¥mCam由一个激光诱﹤导击穿∥光谱仪(L″IBS)和一?个高分辨率成?像仪组成。ChemC*am是首个LIBS技术在行星科学中的应用实例,并?且已经成功℃发出过??激光并分析好奇号火星车好奇号周围?选中的火星3岩?石?。 ÷


好奇号火星车的桅杆?竖?起,顶部装载ChemCam

虽然LIBS的原?*理相对较简单明了,但考虑到好奇号火星?车所工作的特殊环境要求,实际应用方面面临着?重重挑战。

更小,更轻便的激光器 ?
ChemCam?中的2激≧光器由法国Tha㏒les Optr?onics公司研发?制∫造。据该㏕公司项目经理Er㎞ic D♂urand? 介绍,早在200±1?年,ChemC?am配件?供应商之‰一法国?国家空间研究中心(CNE﹢S)在首次和Thmlales? Optronics 沟通时㈱就提=出,Thales的产品Di£⊥va?半导体泵⌒浦?固?体激?光?器的光学性㎏能很适合火星LIBS∣勘探应用,但是需要缩?小?体积和重o量以适应航﹣天环境的严苛≮要求。 ?
Div?a激光器原来设计为在常?温下§工 ?作,?设备需要改进为∷能在无主动冷却?系统的条件下,?在温差为60度的环境∵温?度下运作。对重量的要求1更加m苛刻:Diva激光器原来有10公斤重?﹣,CNES要求Tha∟?l?es研发出重量?只有?5?00克的??激<光器,并且要求该激+光器能够顺∝利通过火星¬之%旅。

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LIBS技术mol的实际应用原理图

在解×决方№案中,?所有∷的温控组件都被去除掉?了≌,?以减小整体的体积与质量∈。-另√外,由﹥一个振荡器㎜加上两个板条放大器的?系统?也被应∞用于设?计之中。但是以上两点需要系统有更强的传导?冷却能?力。 ?

原来的Nd:YAG‖激?光?介质被替≥?换成了Nd:KGW晶体棒¢或者掺钕钨酸钾钆晶体,并由700瓦?二极管堆栈纵向泵浦。Nd:KGW晶体棒的宽光谱吸收特性使其在大温差㏑范围内具有极小的?吸收率◎波动,从>而可以实现?二极管和激?光棒的传导冷却∴,以便在大温差的火星环境中工作。

研发团队同♀时改进′了Q≯开关系统,原来的4?千?℡伏特供电不太适合用于其它行星,通过改?用?基于RTP(磷≒酸钛氧铷)普克尔?盒的Q∧开关系统,就只∩需要?1千伏特供电并且?∏可在?要求的大温差?范围内工作。

令人∑振奋的是,早在2003年当Ch?e∨mC?a?m被正式?确认为?好奇号火星探测组件时,THAL?ES∶就研制出了在实?验环¤境中运作良好¥的光学组件@。并3在接下来的4年中构建6组不同〒的模?型?来研究系统?参数°,并于200?7年交付用于最终飞×行设备。

据%Durand介??绍,他们m几乎完全?重?新改造了£激光器,挑战比较大,开始时并没有足够的信心?,但是他们最终成㎡·?功改造≡了满?足如下工作要?求﹢的激光器:一个输出24毫焦以上℅?脉⊙冲∽能量、8纳秒以∮内脉宽、1067纳米波长的激光光源,?并且?它的理想⊿工作温度为-2?0到+20摄氏度。

三重光谱分?析仪

ChemCam机身内还包含有CCD相机≈≠和光⊕谱=仪电子元件,㏄分℉别安装在好奇号火星车?的桅杆上,通过?光缆接受激光激发产生的等离子光束。
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关于作者: houswang

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