海洋光学30年|上天入海

每前进一小步，就是梦想的一大步。正如毛主席词里写的，“可上九天揽月，可下五洋捉鳖。谈笑凯歌还，世上无难事，只要肯登攀。”

当神舟十四号航天员太空出舱“暴露”在外太空，他们面对的是极端恶劣的环境——200摄氏度左右的温差变化，空间辐射、真空环境等。而舱外航天服重达上百公斤，要在这个“人形飞行器”中控制好身体状态，并进行太空行走、攀援和精细化的舱外操作，困难重重。

但是，他们做到了！6小时出舱，天地间周密协同、舱内外密切配合，完成了问天舱扩展泵组安装、全景相机抬升、舱外自主应急返回验证等任务。

近年来，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看到光谱仪的身影。模块光谱仪体积小、重量轻，使光谱仪进入太空成为可能。

让我们一起来了解海洋光学上天入海的故事，今天的【九天揽月五洋捉鳖】（壹）为九天揽月篇，下一篇【九天揽月五洋捉鳖】（贰）为五洋捉鳖篇。

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米外的演示区域，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陨石坑中的部分岩石中观察到>25wt%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。飞船从外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高达4000^oF，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优化保护系统的设计，实现飞船安全高速返回地球。

商业卫星（CubeStats）

航天领域越来越受关注的研究——立方体卫星（CubeStats）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卫星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。

极端环境

• 光谱仪在外太空会受到一系列高度电离辐射轰击，必须开发保护性的外壳/罩子。同时，飞船在发射和着陆期间的震动和冲击也很大。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 ^oF，最高温度约为2730 ^oF。因此光谱仪的材料必须能够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，不断调整技术，迎接新的挑战，今后将有更多的产品集成到探索太空和一些前沿应用中。爱蛙科技是海洋光学官方授权合作伙伴，提供光谱分析仪器销售、租赁、维护，以及解决方案定制、软件开发在内的全链条一站式精准服务。

久有凌云志，重上井冈山。千里来寻故地，旧貌变新颜。到处莺歌燕舞，更有潺潺流水，高路入云端。过了黄洋界，险处不须看。

风雷动，旌旗奋，是人寰，三十八年看过去，弹指一挥间。可上九天揽月，可下五洋捉鳖。谈笑凯歌还，世上无难事，只要肯登攀。

毛泽东《水调歌头·重上井冈山》