火眼金睛|火星表面有哪些元素和矿物?“火眼金睛”300毫秒完成一次探测

“大家没日没夜地干了3年,得到的就是这条光谱曲线,对光谱进行分析,可以知道火星表面到底有哪些元素,眼下原始数据正在处理中。”中科院上海技物所副所长、月球与深空探测系列载荷指挥舒嵘,指着电脑上的光谱曲线,话里透着期待和兴奋。
6月11日,“天问一号”着陆火星首批科学影像图公布,标志着我国首次火星探测任务取得圆满成功。上海技物所是唯一研制两个有效载荷的科研机构,即火星表面成分探测仪和火星矿物光谱分析仪。
火眼金睛|火星表面有哪些元素和矿物?“火眼金睛”300毫秒完成一次探测
文章插图

6月4日,火星表面成分探测仪顺利开机,对“祝融号”火星车附近的岩石进行了探测,6月5日第一组探测数据成功下传回地球;在环绕器上工作的火星矿物光谱分析仪,已于2月28日开机,对祝融号预选着陆区域进行了多次探测,提供了一些科学探测数据。
【从-100℃到30℃都做过模拟实验】
当“天问一号”成功着陆火星,舒嵘既兴奋又紧张。重量占了火星车载荷一半多的火星表面成分探测仪即将登场,它能否经受落火时的热冲击以及昼夜温差大的双重考验?
尽管其中的光谱仪技术曾用于嫦娥四号,为验证分析月壤的成分做出过贡献,但火星距离地球实在太远,没法实时看到遥测数据,这对火星表面成分探测仪的自主适应性就要求很高。
火眼金睛|火星表面有哪些元素和矿物?“火眼金睛”300毫秒完成一次探测
文章插图

火星表面成分探测仪地面光校调试
“第一次开机是火星时间下午两点,当时气温只有-47℃,好在我们从-100℃到30℃都做过模拟实验,探测仪顺利开机工作。”舒嵘说。
抗低温,是一个重要挑战。一到夜晚,大气稀薄的火星表面最低气温会降到-130℃。除了选用抗低温材料来强其“筋骨”,技术人员还为探测仪穿上了轻薄的“保暖外套”。
“火星表面成分探测仪有一个‘独门秘笈’——主动激光诱导击穿光谱探测仪,它相当于火力十足的“激光枪”,300毫秒就可完成一次探测,此类仪器在我国深空探测中是第一次应用。”火星表面成分探测仪电子学主管设计师张振强说。
每种元素在受热发光时都会发出独一无二的光谱,火星表面成分探测仪可发出瞬时功率百万瓦的强激光脉冲,被瞄准的火星矿物或岩石表面则会瞬间被加热为等离子气体,通过对气体的光谱进行分析,从而得到元素的种类和含量。
“如果说主动激光诱导击穿光谱探测仪相当于‘激光枪’,其中的铟镓砷探测器就是这把枪的‘准星’,可以把光信号转为电信号。”上海技物所邵秀梅研究员介绍,美国波士顿大学发表了一篇综述,引用了她所在的铟镓砷探测器项目组十几篇论文,专门来研究分析他们的技术方案。