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歐盟將在國(guó)際空間站部署光纖傳感器監(jiān)測(cè)宇宙輻射

光纖在線編輯部  2021-03-23 14:16:50  文章來(lái)源:原文轉(zhuǎn)載  

導(dǎo)讀:法國(guó)國(guó)家太空研究中心(CNES)及其研究伙伴——休伯特·庫(kù)里安實(shí)驗(yàn)室(the Hubert Curien laboratory)和iXblue公司決定利用這一特性去開(kāi)發(fā)一種太空輻射傳感器,可以監(jiān)測(cè)質(zhì)子和中子輻射強(qiáng)度和時(shí)間。

3/23/2021,光纖在線訊,撰稿:哈爾濱工業(yè)大學(xué) SANOGO DIAKARIDIA & 李天夫 編譯   在過(guò)去的數(shù)十年中,全世界已經(jīng)在距地36000公里的地球靜止軌道上部署了數(shù)百枚人造衛(wèi)星。這些衛(wèi)星的設(shè)計(jì)與發(fā)射過(guò)程中,常通過(guò)光纖陀螺儀對(duì)其軌道位置和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)和微調(diào),其特征數(shù)據(jù)也源源不斷的傳回到地球以供下一步研究所需。近日,太空工程師們發(fā)現(xiàn),隨著工作時(shí)間變長(zhǎng),這些暴露在宇宙空間中的光纖變暗了。

對(duì)此,法國(guó)國(guó)家太空研究中心(CNES)及其研究伙伴——休伯特·庫(kù)里安實(shí)驗(yàn)室(the Hubert Curien laboratory)和iXblue公司決定利用這一特性去開(kāi)發(fā)一種太空輻射傳感器,可以監(jiān)測(cè)質(zhì)子和中子輻射強(qiáng)度和時(shí)間。這將有助于在宇航員脫離空間站環(huán)境進(jìn)行太空行走時(shí)為其規(guī)避被太陽(yáng)耀斑和高能粒子射線輻射的風(fēng)險(xiǎn)。

研究人員在地面進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。他們將BK7硼硅酸鹽冕玻璃暴露在劑量逐漸增加的電離輻射下,樣品的顏色出現(xiàn)了不同程度的變暗,相應(yīng)的透射率也會(huì)發(fā)生變化。在待測(cè)介質(zhì)一端注入固定頻率的單色連續(xù)光,并在另一端進(jìn)行檢測(cè),即可實(shí)時(shí)解調(diào)出介質(zhì)所受的輻射劑量。


圖1 :暴露在不同劑量輻射下的BK7玻璃出現(xiàn)了不同程度的變暗。圖片來(lái)源,休伯特·庫(kù)里安實(shí)驗(yàn)室/Timothé Allanche。
圖源:https://spacegate.cnes.fr/fr/quezako-deploiement-de-la-fibre-dans-la-station-spatiale-internationale

驗(yàn)證其可行性后,CNES開(kāi)啟了下一步對(duì)于太空的探索。2021年,法國(guó)宇航員托馬斯·佩斯奎特(Thomas Pesquet)將帶著測(cè)試樣品,乘坐Cygnus號(hào)補(bǔ)給船,從美國(guó)發(fā)射前往國(guó)際空間站。他是第十位進(jìn)入太空的法國(guó)宇航員,并曾在2016年11月至2017年6月在國(guó)際空間站度過(guò)了196天,有豐富的太空生活及科研任務(wù)的執(zhí)行經(jīng)驗(yàn)。和他一起出發(fā)的還有體量龐雜“ALPHA”任務(wù)。在未來(lái)的六個(gè)月中,他將在低重力空間中進(jìn)行十余項(xiàng)新實(shí)驗(yàn),所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將惠及百余個(gè)歐美科學(xué)任務(wù)。其中,代號(hào)為“Lumina”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容便是在空間站中布設(shè)光纖進(jìn)行宇宙射線監(jiān)測(cè)。


圖2: 執(zhí)行Lumina實(shí)驗(yàn)的宇航員托馬斯·佩斯奎特(Thomas Pesquet)。圖片來(lái)源,ESA / NASA-喬什·瓦爾卡塞爾(Josh Valcarcel)
圖源:https://spacegate.cnes.fr/fr/quezako-deploiement-de-la-fibre-dans-la-station-spatiale-internationale

托馬斯將會(huì)收到一個(gè)27cm見(jiàn)方的方盒,盒內(nèi)裝有兩根長(zhǎng)度分別為2km和7km的光纖。在進(jìn)入空間站后,托馬斯會(huì)將其充分纏繞,并接入到空間站的能源網(wǎng)絡(luò)中。以每秒1次的頻率監(jiān)測(cè)光纖一端的輸出光強(qiáng),從而實(shí)時(shí)解調(diào)受到的宇宙輻射劑量。


圖3 Lumina實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人弗洛倫斯·克萊門(mén)特(Florence Clément)在展示傳感器。圖片來(lái)源,CNES,PRADA Thierry。
圖源:https://spacegate.cnes.fr/fr/quezako-deploiement-de-la-fibre-dans-la-station-spatiale-internationale

值得注意的是,光纖的材料與摻雜、長(zhǎng)度與使用光源的波長(zhǎng)都將極大的影響傳感器的靈敏度。另外,該傳感器目前還無(wú)法進(jìn)行重復(fù)利用,高靈敏度的傳感器雖然能分辨極低劑量的宇宙輻射,但也將變黑失去效用。Lumina實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人弗洛倫斯·克萊門(mén)特(Florence Clément)對(duì)此解釋道:“需要探索平衡的參數(shù),以應(yīng)對(duì)諸多不同的實(shí)用場(chǎng)景!

另外,雖然同樣是在宇宙空間中,因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)和金屬材質(zhì)的保護(hù),空間站內(nèi)的輻射仍是一個(gè)較低的量級(jí)。根據(jù)長(zhǎng)征四號(hào)最新傳回的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),月球表面的輻射強(qiáng)度是地球上的二百余倍,除此之外,還有不期而至的太陽(yáng)耀斑和隨時(shí)出沒(méi)的高能粒子射線,這使得月球表面的環(huán)境比人們預(yù)想的還要惡劣的多。CNES指出,通過(guò)在宇航服手臂附近設(shè)置光纖貼片,預(yù)計(jì)將可以提前一小時(shí)左右預(yù)告高能宇宙射線,從而讓宇航員能提前尋求庇護(hù)。這將為未來(lái)太空行走和月球及火星的表面探索提供強(qiáng)有力的安全保障。

原文鏈接:
https://spacegate.cnes.fr/fr/quezako-deploiement-de-la-fibre-dans-la-station-spatiale-internationale
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