深度揭秘好奇號火星車(chē)搭載的科學(xué)儀器
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好奇號火星車(chē)在成功抵達火星并完成一系列著(zhù)陸步驟后，開(kāi)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(xué)與照相機科學(xué)儀器來(lái)實(shí)現目標物的可視化，火星車(chē)桅桿裝載的ChemCam由一個(gè)激光誘導擊穿光譜儀（LIBS）和一個(gè)高分辨率成像儀組成。ChemCam是首個(gè)LIBS技術(shù)在行星科學(xué)中的應用實(shí)例，并且已經(jīng)成功發(fā)出過(guò)激光并分析好奇號周?chē)x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(shí)就提出，Thales的產(chǎn)品Diva半導體泵浦固體激光器的光學(xué)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(lái)設計為在常溫下工作，設備需要改進(jìn)為能在無(wú)主動(dòng)冷卻系統的條件下，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(lái)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(guò)火星之旅。
LIBS技術(shù)的實(shí)際應用原理圖
原來(lái)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?？v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具有極小的吸收率波動(dòng)，從而可以實(shí)現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(shí)改進(jìn)了Q開(kāi)關(guān)系統，原來(lái)的4千伏特供電不太適合用于其它行星，通過(guò)改用基于RTP（磷酸鈦氧銣）普克爾盒的Q開(kāi)關(guān)系統，就只需要1千伏特供電并且可在要求的大溫差范圍內工作。
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(shí)，THALES就研制出了在實(shí)驗環(huán)境中運作良好的光學(xué)組件。并在接下來(lái)的4年中構建6組不同的模型來(lái)研究系統參數，并于2007年交付用于最終飛行設備。
據Durand介紹，他們幾乎完全重新改造了激光器，挑戰比較大，開(kāi)始時(shí)并沒(méi)有足夠的信心，但是他們最終成功改造了滿(mǎn)足如下工作要求的激光器：一個(gè)輸出24毫焦以上脈沖能量、8納秒以?xún)让}寬、1067納米波長(cháng)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(chē)的桅桿上，通過(guò)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(guān)文章:光譜分析儀原理
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