海洋光学与外太空的故事

 人类踏上外太空的半个多世纪来，太空探索主要以无人飞船和近地轨道任务为主。
近年，太空领域成为了国际竞争新领域。随着太空探索发展进入下一阶段，光学测量为科研人员提供了有价值的信息，几乎每个航天飞行器上都能到光谱仪的身影。
模块光谱仪体积小、重量轻，使光谱仪进入太空成为可能。今天，我们带您回顾海洋光学与外太空的故事。

月球探索
-LCROSS-

探测月球表面的水非常重要，因为它是潜在生命的标志。海洋光学定制版QE光谱仪参与美国宇航局NASA的月球陨石坑和观测传感卫星(LCROSS)任务，通过识别离子水，羟基自由基或含碳有机物的分子来确认水的存在确认月球表面是否存在冰水。

如要建立月球基地，水至关重要，因为它可维持生命，同时也是氢燃料来源。NASA证实在LCROSS任务期间进行的红外和紫外线测量中都检测到了水特征，QE光谱仪提供了紫外线特征测试。

火星探索
-ChemCam-

NASA的好奇号火星车已在火星表面漫游十一年。ChemCam检测仪使用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)评估在火星上发现的岩石和土壤的元素组成。
LIBS的工作原理是瞄准7米外的岩石区域，并用高能红外激光将其蒸发。然后用光谱仪检测这种汽化岩石的光谱，通过光谱确定元素。

 

ChemCam集成了定制版HR光谱仪，在成功鉴定微量元素和金属氧化物方面做出重要贡献。好奇号的一个重要发现是在Gale陨石坑中发现的部分岩石中观察到>25 wt%MnO（氧化锰）。这表明，古代火星大气层富含氧气，且水资源丰富。

未来探索
-Orion-

重返地球是任何载人飞船设计的关键考虑因素。飞船从太空返回地球时会与大气剧烈摩擦，飞船外表面温度达到上千摄氏度。隔热罩用隔热材料来阻止热量传向飞船内部，确保宇航员在飞船内的安全。

返回地球时隔热罩周围的气体可高达4000℉，热辐射产生大量能量。使用海洋光学定制版STS光谱仪在飞船上进行光谱测量，以帮助NASA优化热保护系统的设计，实现飞船安全高速返回地球。

商业卫星
-CubeSats-

航天领域越来越受关注的研究—立方体卫星(CubeSats)是一种用于空间研究的微型卫星，由多个立方体模块组成。尺寸小，重量轻，用途广泛，且比传统卫星的开发成本低得多。在过去十年中，目前在地球轨道上的立方体卫星数量增加了40倍。

当今，很多科研院校正在开发其自己的立方体微型CubeSat。柏林工业大学使用定制化的Maya2000Pro及USB光谱仪正在开发一种CubeSat，使用紫外光谱法检测和表征流星体。
同时，德国OHB Systems载人航天部门和欧洲航天局（ESA）合作开发了一种CubeSat，他们在国际空间站(ISS)上部署了一个定制的Flame UV-VIS光谱仪，用于分析空间中的生物和非生物样品，监测样品随时间的吸收光谱变化，并揭示暴露于太阳辐射的化学后果。

注意事项

光谱仪在外太空会受到一系列高度电离辐射轰击。同时，飞船在发射和着陆期间的振动与冲击也很大。因此必须开发防护外壳，使仪器足够坚固。
外太空最低温度约为-253℉，最高温度约为2730℉。因此光谱仪的材料必须能承受航天器上的巨大温差。
飞船上精密仪器众多，光谱仪不可产生任何影响其他系统工作的干扰电磁。

结语

模块化光谱仪体积小巧，重量轻，且提供了非常有用的光谱测量信息，经常被用于航空航天领域。随着航天事业的进步，海洋光学光谱仪也在不断发展创新，我们愿意调整我们的技术，迎接新的挑战，使我们更多的产品集成到探索太空和一些其他前沿应用中。

参考文献

1. Space: Investing in the Final Frontier, Morgan Stanley, July 24, 2020
2. Mazareanu, E. Number of satellites launched by year 1957-2019, Statista, June 23, 2020.
3. Is It Hot or Cold At the International Space Station?, Science ABC, 11 November 2021
4. Federal Aviation Administration. Returning from Space: Re-entry, Advanced Aerospace Medicine On-line, Section III – Space Operations, 4.1.7.