海洋光學30年|上天入海

每前進一小步，就是夢想的一大步。正如毛主席詞里寫的，“可上九天攬月，可下五洋捉鱉。談笑凱歌還，世上無難事，只要肯登攀。”

當神舟十四號航天員太空出艙“暴露”在外太空，他們面對的是極端惡劣的環境——200攝氏度左右的溫差變化，空間輻射、真空環境等。而艙外航天服重達上百公斤，要在這個“人形飛行器”中控制好身體狀態，并進行太空行走、攀援和精細化的艙外操作，困難重重。

但是，他們做到了！6小時出艙，天地間周密協同、艙內外密切配合，完成了問天艙擴展泵組安裝、全景相機抬升、艙外自主應急返回驗證等任務。

近年來，太空領域成為了國際競爭新領域。隨著太空探索發展進入下一階段，光學測量為科研人員提供了有價值的信息，幾乎每個航天飛行器上都能看到光譜儀的身影。模塊光譜儀體積小、重量輕，使光譜儀進入太空成為可能。

讓我們一起來了解海洋光學上天入海的故事，今天的【九天攬月五洋捉鱉】（壹）為九天攬月篇，下一篇【九天攬月五洋捉鱉】（貳）為五洋捉鱉篇。

月球探索（LCROSS）

探測月球表面的水非常重要，因為它是潛在生命的標志。海洋光學定制版QE光譜儀參與美國宇航局NASA的月球隕石坑和觀測傳感衛星（LCROSS）任務，通過識別離子水，羥基自由基或含碳有機物的分子來確認水的存在確認月球表面是否存在冰水。

如要建立月球基地，水至關重要，因為它可維持生命，同時也是氫燃料來源。NASA證實在LCROSS任務期間進行的紅外和紫外線測量中都檢測到了水特征，QE光譜儀提供了紫外線特征測試。

火星探索（ChemCam）

NASA的好奇號火星車已在火星表面漫游十一年。ChemCam檢測儀使用激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）評估在火星上發現的巖石和土壤的元素組成。

LIBS的工作原理是瞄準7米外的演示區域，并用高能紅外激光將其蒸發。然后用光譜儀檢測這種汽化巖石的光譜，通過光譜確定元素。

ChemCam集成了定制版HR光譜儀，在成功鑒定微量元素和金屬氧化物方面做出重要貢獻。好奇號的一個重要發現是在Gale隕石坑中的部分巖石中觀察到>25wt%MnO（氧化錳）。這表明，古代火星大氣層富含氧氣，且水資源豐富。

未來探索（Orion）

重返地球是任何載人飛船設計的關鍵考慮因素。飛船從外太空返回地球時會與大氣劇烈摩擦，飛船外表面溫度達到上千攝氏度。隔熱罩用隔熱材料來阻止熱量傳向飛船內部，確保宇航員在飛船內的安全。

返回地球時隔熱罩周圍的氣體高達4000^oF，熱輻射產生大量能量。使用海洋光學定制版STS光譜儀在飛船上進行光譜測量，以幫助NASA優化保護系統的設計，實現飛船安全高速返回地球。

商業衛星（CubeStats）

航天領域越來越受關注的研究——立方體衛星（CubeStats）是一種用于空間研究的微型衛星，由多個立方體模塊組成。尺寸小，重量輕，用途廣泛，且比傳統衛星的開發成本低得多。在過去十年中，目前在地球軌道上的立方體衛星數量增加了40倍。

當今，很多科研院校正在開發其自己的立方體衛星CubeSat。柏林工業大學使用定制化的Maya2000Pro及USB光譜儀正在開發一種CubeSat，使用紫外光譜法檢測和表征流星體。

同時，德國OHB Systems載人航天部門和歐洲航天局（ESA）合作開發了一種CubeSat，他們在國際空間站（ISS）上部署了一個定制的Flame UV-VIS光譜儀，用于分析空間中的生物和非生物樣品，監測樣品隨時間的吸收光譜變化，并揭示暴露于太陽輻射的化學后果。

極端環境

• 光譜儀在外太空會受到一系列高度電離輻射轟擊，必須開發保護性的外殼/罩子。同時，飛船在發射和著陸期間的震動和沖擊也很大。因此必須開發防護外殼，使儀器足夠堅固。

• 外太空最低溫度約為-253 ^oF，最高溫度約為2730 ^oF。因此光譜儀的材料必須能夠承受航天器上的巨大溫差。

• 飛船上精密儀器眾多，光譜儀不可產生任何影響其他系統工作的干擾電磁。

結語

模塊化光譜儀體積小巧，重量輕，且提供了非常有用的光譜測量信息，經常被用于航空航天領域。隨著航天事業的進步，海洋光學光譜儀也在不斷發展創新，不斷調整技術，迎接新的挑戰，今后將有更多的產品集成到探索太空和一些前沿應用中。愛蛙科技是海洋光學官方授權合作伙伴，提供光譜分析儀器銷售、租賃、維護，以及解決方案定制、軟件開發在內的全鏈條一站式精準服務。

久有凌云志，重上井岡山。千里來尋故地，舊貌變新顏。到處鶯歌燕舞，更有潺潺流水，高路入云端。過了黃洋界，險處不須看。

風雷動，旌旗奮，是人寰，三十八年看過去，彈指一揮間。可上九天攬月，可下五洋捉鱉。談笑凱歌還，世上無難事，只要肯登攀。

毛澤東《水調歌頭·重上井岡山》