|
Миниатюрные лазерные системы для поиска следов жизни в космосе
|
|
|
|
Была ли жизнь на Марсе? Это вопрос, на который Европейское космическое агентство (ESA) намеревается ответить своей миссией ExoMars. Миссию, в которой участвует Россия, планируется запустить этой осенью, хотя недавние политические события вызывают вопросы относительно того, будет ли это возможно. Частью миссии является захватывающая аналитическая система, которая была разработана для работы в космосе и была создана в рамках исследовательской работы, проводимой в Институте прикладной оптики и точного машиностроения им. Фраунгофера IOF. Исследователи из Йены разработали миниатюрный лазерный модуль для мобильной лаборатории ExoMars Rover. Институт представит этот рамановский спектрометр, оснащенный твердотельным лазером с диодной накачкой и размером с 50-центовую монету, на выставке Laser World of Photonics в Мюнхене с 26 по 29 апреля.
|
|
|
|
Марсоход «Розалинда Франклин» проанализирует минералогические соединения на поверхности Марса, примерно в 56 миллионах километров от Земли, чтобы найти следы внеземной жизни на планете. Для этого у корабля есть бортовая дрель и множество научных инструментов. Одним из таких инструментов является устройство, называемое рамановским спектрометром. Его можно использовать для анализа распространения света от молекул, например, в атмосфере, или от твердых тел, таких как образцы горных пород. Центральным элементом сильно миниатюризированного и пригодного для использования в космосе лазерного источника спектрометра является твердотельный лазер с диодной накачкой и удвоением частоты, сконструированный в Fraunhofer IOF в Йене.
|
|
|
Рамановский спектрометр работает следующим образом: испускается лазерный свет, который взаимодействует с анализируемым материалом. Это вызывает то, что известно как «эффект комбинационного рассеяния». Энергия света переходит в материал и обратно. Это изменяет энергию света, изменяя его длину волны. Затем свет рассеивается обратно в спектрометр, где анализируются изменения длины волны. Различия между новой частотой и исходной частотой излучаемого света можно использовать для выводов о составе материала.
|
|
|
|
Зеленый лазер, построенный в Йене, работает на длине волны 532 нм и мощностью более 100 мегаватт. «В общей сложности наши исследователи потратили семь лет на разработку, чтобы адаптировать модуль к конкретным задачам работы в космосе», — объясняет д-р Эрик Бекерт, руководитель проекта лазера ExoMars в Fraunhofer IOF. Одной из общих проблем для проектов, работающих в космосе, является необходимость в том, чтобы компоненты были особенно маленькими и легкими. Например, лазер, включая его корпус, добавляет весу марсохода всего 50 граммов, что равно половине плитки шоколада. Но, несмотря на свою миниатюрность, он должен обеспечивать такой же уровень производительности и надежности. Чувствительные оптические компоненты также должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать колебания температуры от -130 до +24 градусов и значительное воздействие радиации в космосе, а также сильные вибрации при запуске и посадке марсохода.
|
|
|
|
Обычные методы сборки оптических компонентов не подходят для таких экстремальных условий. «Вот почему мы соединили все компоненты чувствительного лазерного резонатора и вторичной оптики с помощью технологии лазерной пайки», — объясняет Бекерт. «Это обеспечивает особенно высокую устойчивость к тепловым и механическим воздействиям и интенсивному воздействию радиации». Сотрудничая с испанским производителем лазеров Monocrom, институт из Йены создал в общей сложности пять структурно идентичных лазеров для использования в рамановском спектрометре. Теперь исследователи надеются, что их техника скоро будет запущена в космос вместе с миссией на Марс.
|
|
|
|
Источник
|
