實(shí)施水星高度測(cè)量的激光測(cè)高儀即將發(fā)射

 歐航局準(zhǔn)備發(fā)射的水星激光高度計(jì)已安裝到水星行星軌道器(MPO)上。該激光高度計(jì)由瑞士伯爾尼大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)歐洲團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，市科倫坡激光測(cè)高儀(BELA)是科倫坡水星使命的一部分，并將在2018年4月發(fā)射。這是歐洲首次實(shí)施建立行星間飛行激光測(cè)計(jì)。

耦合系統(tǒng)

該儀器將測(cè)量將在水星行星軌道器上進(jìn)行探測(cè)水星的地形，且將是該行星軌道上的兩個(gè)飛船之一，這也是科倫坡的任務(wù)的一部分。水星行星軌道器是由歐空局制造，而水星磁層軌道器(MMO)是由日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)制造。

科倫坡任務(wù)這一歐洲第一顆水星探測(cè)器計(jì)劃的目的是為人類(lèi)提供在水星上的成分、地球物理學(xué)、大氣信息，水星磁層和歷史等信息。這兩個(gè)航天器將前往水星作為一個(gè)耦合系統(tǒng)的一部分。它們將會(huì)在2024年到達(dá)水星，MMO將會(huì)通過(guò)一個(gè)軌道進(jìn)行該行星磁層的研究，這將是在水星的表面附近最接近點(diǎn)，達(dá)590公里的距離，而水星行星軌道器將遵循一個(gè)更近的軌道在480公里，調(diào)查該行星的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

BELA是水星行星軌道器將要攜帶的十一個(gè)設(shè)備中之一。激光測(cè)表儀采用直接檢測(cè)方法，這種大功率激光器，它是由Cassidian Optroniks公司負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，這種設(shè)備將發(fā)出50 mJ的脈沖，頻率在10赫茲，波長(zhǎng)1064 nm。這些會(huì)從水星表面反射回來(lái)，在大約5毫秒的延遲后由接收望遠(yuǎn)鏡(RTL)接收。然后將圖像聚焦到硅雪崩光電二極管上?這些都是基于對(duì)火星環(huán)球探測(cè)飛船和NASA的信使號(hào)飛船激光高度計(jì)的光電二極管，它曾在2011年到2015年之間繞火星飛行。來(lái)自光電二極管的信號(hào)是由一個(gè)電子模塊分析，該模塊由瑞士技術(shù)公司RUAG開(kāi)發(fā)分析，以確定飛行時(shí)間(因此計(jì)算出范圍和高度)、集成的脈沖強(qiáng)度以及其寬度。

鏡面

RTL是一個(gè)雙面反射望遠(yuǎn)鏡，由RUAG公司設(shè)計(jì)并研制。設(shè)備位于航天器內(nèi)部，它需要應(yīng)付溫度從零下20°C到45°C的變化而不變形，也需要重量輕。“我們決定建造望遠(yuǎn)鏡完全從鈹提供熱補(bǔ)償，”科倫坡激光測(cè)高儀聯(lián)合首席研究員Nicolas Thomas說(shuō)。“直徑20厘米的系統(tǒng)只有600克重。”光學(xué)表面由金剛石加工銅沉積在鈹元素上。

水星距離太陽(yáng)很近，BELA將不得不面對(duì)強(qiáng)烈的陽(yáng)光和熱量。RTL的“隔板單元”能夠反射90%的陽(yáng)光照射，從而進(jìn)行設(shè)備的保護(hù)。“如果我們有一個(gè)傳統(tǒng)的黑色擋板，不僅溫度會(huì)達(dá)到450°C，且我們注入超過(guò)300 W的熱能進(jìn)入飛船，”托馬斯解釋說(shuō)。“外環(huán)(陶瓷)仍達(dá)到了200°C是最壞的情況，但如今30W的熱能轉(zhuǎn)儲(chǔ)到飛船內(nèi)是可以處理的。”激光器的一些小防護(hù)模塊也是德國(guó)柏林航空航天中心DLR開(kāi)發(fā)。

感受熱能

處理水星反射的陽(yáng)光，所有的光學(xué)系統(tǒng)，從望遠(yuǎn)鏡中傳輸?shù)焦怆姸O管的光以及激光都裝有干擾濾波器。光學(xué)系統(tǒng)的過(guò)濾器隔離在1064納米的激光波長(zhǎng)的光，而過(guò)濾的激光，是防止?jié)撛诘竭_(dá)系統(tǒng)危險(xiǎn)水平的光。