科研人員一直致力于研究控制激光，讓激光在深太空依舊”聽話“地工作。最近一研究團隊為“蜻蜓”探測任務（計劃于2026年發(fā)射升空，并于2034年抵達土衛(wèi)六）制造低成本、高效的激光，助力探測極寒土衛(wèi)上的生命起源，獲取時空脈沖。

在土星（Saturn）的天然衛(wèi)星土衛(wèi)六（Titan，土星最大的衛(wèi)星）上，液態(tài)甲烷和其他碳氫化合物如雨般落下，在冰凍的水面上“雕刻”出河流、湖泊和海洋。這個冰冷世界上的復雜化學反應可能與生命最初出現(xiàn)在地球上的時期極為相似，或者它可能產(chǎn)生一種全新的生命類型。想象一下更遠的地方——幾光年之外的深空，一個黑洞撕碎了一顆死星的超密度核心，扭曲了空間本身的結構，并發(fā)出穿越宇宙的時空波，是不是感覺尤其神奇和震撼？

Dragonfly無人機探測器    來源：EAPS

在馬里蘭州綠帶城戈達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的太空激光裝配潔凈室( Space Laser Assembly Cleanroom，SLAC)里，激光和光電部門正在為NASA的蜻蜓（Dragonfly）號探測器和歐洲航天局(歐空局)的“激光干涉空間天線(LISA)”制造激光，該天線將測量大規(guī)模碰撞引起的時空波。

瑞士電子和微技術中心(CSEM)的測試臺上擺放著的第一臺激光樣機。CSEM將對激光進行測試和表征，用于LISA在太空中進行引力波實驗。來源：歐洲航天局/CSEM

美國宇航局物理學家Barry Coyle說：“要完成這項工作并不容易，因為一切都必須十分完美，不能有一絲瑕疵。而控制激光很難。通俗點來說它們有點像是帶有惰性的工作者，工作起來總會帶點‘脾氣’。這就是為什么在一個地方組裝它們對生產(chǎn)效率和成本控制至關重要。這也正是SLAC形成的初衷。“

SLAC是在“冰衛(wèi)星-1”(ICESat-1)發(fā)射后就著手構思、設計的。ICESat-1搭載了地球科學激光測高儀系統(tǒng)（由馬里蘭大學和Goddard聯(lián)合制造）。根據(jù)研究人員解釋，盡管其激光效果很好，但在美國宇航局之外生產(chǎn)太空飛行激光系統(tǒng)可能既昂貴又低效。而激光在內(nèi)部實驗室生產(chǎn)，這些費用可以大幅減少。此外，可以節(jié)省時間和精力。

約翰·霍普金斯應用物理實驗室探測器相關工作人員

目前，該團隊正在SLAC為蜻蜓探測器開發(fā)一種紫外激光器——蜻蜓質(zhì)譜儀激光器，包括一架用于在土衛(wèi)六表面多次停留的旋翼機著陸器。該著陸器是在馬里蘭州的約翰·霍普金斯應用物理實驗室設計和建造的，將攜帶全套儀器對材料進行采樣，并進一步了解土衛(wèi)六表面組成和其他特性。

蜻蜓質(zhì)譜儀(Dragonfly Mass Spectrometer,DraMS)激光:THANOS(Throttled Hydrocarbon Analysis by Nanosecond Optical Source，納秒光源節(jié)流烴分析)工程模型。來源：NASA/Matt Mullin

Goddard激光工程師Matt Mullin目前正在研究DraMS激光器，他的日常工作包括構建或校準硬件、構建激光器或運行子組件測試。“通常而言，紫外線激光束將向下聚焦到一個樣品杯中，樣品杯中裝有土衛(wèi)六的一些表面材料。光束將從樣品中解吸分子化合物，并激發(fā)離子(帶凈電荷的原子和分子)、吸收到質(zhì)譜儀中，從而使科學家可以用質(zhì)譜儀來檢測樣品的成分。”

SLAC熱真空室，用于對航天級激光系統(tǒng)進行環(huán)境測試。ICESAT-2號和GEDI激光雷達探測器利用該真空室進行風險鑒定和風險降低測試。隨后會就飛行和工程模型蜻蜓質(zhì)譜儀激光器以及工程模型LISA激光器進行測試。來源：NASA/Matt Mullin

Mullin說：“我們過去曾向土衛(wèi)六發(fā)射過探測器，但這一儀器和此次任務注定要對這個非常有趣的衛(wèi)星在之前的探索中所涉及的許多謎團進行詳實解答。探索這個衛(wèi)星是否有可能孕育任何形式的生命將會非常有趣。”

然而，極冷的溫度和土衛(wèi)六大氣層及其表面的甲烷對探測構成了障礙。如何讓激光到達那里，又如何讓它在那里“聽話”地工作？這是兩個最突出的挑戰(zhàn)。

要想解決這些問題，儀器要盡可能小，重量和能耗要最小化。除此之外，還需要完美的條件才能讓激光正常工作，讓光“聽話”。SLAC有助于讓科研人員擁有一個中心位置進行光學粘合、組件清潔和所有基礎設施的其他操作。

除此之外，美國宇航局為歐空局領導的LISA任務所設計的激光也將在實驗室建造。LISA將是第一個空時（space-time ）波/引力波天基觀測站。歐空局希望通過測量黑洞碰撞等極端劇烈事件產(chǎn)生的空間引力波來檢驗愛因斯坦的引力理論。

LISA的產(chǎn)品開發(fā)負責人Anthony Yu說：“LISA激光器有許多嚴格的要求，需建立現(xiàn)場測試站，在構建過程中驗證激光器的性能。SLAC允許我們建立專門的測試站來實時測試激光，并在組裝后進行熱真空循環(huán)測試。” 

“SLAC的獨特之處在于擁有一個集中的地點來開發(fā)、建造和測試太空飛行激光系統(tǒng)，”Goddard激光和電子光學機構負責人Paul Stysley說。“產(chǎn)品流程和基礎設施已經(jīng)到位，可以為太空飛行任務開發(fā)、環(huán)境測試和監(jiān)控激光設計等提供全流程服務，從而顯著降低技術風險和成本。” 

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