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NASA工程师突破物理极限来聚焦光

开心的月饼 2023-12-06 08:50:24 健康养生

一对精密轨道小型卫星将尝试首次捕捉太阳表面附近小尺度特征的图像,科学家认为这些特征推动了太阳风的加热和加速。

NASA工程师突破物理极限来聚焦光

马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的太阳物理学家道格·拉宾(DougRabin)博士表示,光子筛是一种可以聚焦极紫外光的技术,应该能够解析比今天太阳动力学所能看到的小10到50倍的特征。天文台的EUV成像仪。

然而,为了最有效,它们必须宽、超薄,并蚀刻有精确的孔以折射光线。戈达德工程师凯文·丹尼斯在戈达德探测器开发实验室工作,开发了用硅和铌晶片制造更宽、更薄薄膜的新方法。

迄今为止的每一项进步都需要采取额外的步骤来保护由此产生的筛子,例如留下更厚的材料蜂窝来支撑膜并防止撕裂。戈达德太阳物理学家道格·拉宾博士说:“建造如此精确的筛子对身体来说是一个巨大的挑战。”“它们最小的特征是直径为2微米,穿孔之间的间隙为2微米,这大约是大多数细菌的大小。”

筛子从中心蚀刻出越来越小的孔环,其用途是折射光线,类似于灯塔中使用的菲涅尔透镜。穿过这个筛子的极紫外光逐渐向内弯曲到远处的相机。丹尼斯说,薄膜对太阳能科学很重要,因为这些筛子比较厚的材料传输更多的光。

他和工程师同事KellyJohnson成功制造了直径3英寸(8厘米)、厚度仅为100纳米的硅筛。现在,他们正在试验铌膜,这种膜可以进一步提高聚光效率,因为它们传输的光比硅多七倍。他们成功蚀刻了直径为5英寸(13厘米)、厚度仅为200纳米的铌筛。

他说,丹尼斯从与科学家的密切合作中获得灵感,克服了推进其领域的障碍。“他们在近期科学应用中使用筛子做了出色的工作,而我们则将这项技术推向更大规模、能力更强的任务。”

由厚度达25微米的材料切割而成的光子筛已经成为技术演示VISORS(虚拟超级光学可重构集群)立方体卫星任务的一部分,预计将于2024年发射。VISORS由一颗公文包大小的紧凑型卫星组成,配备了筛子将光折射到130英尺(40m)外的第二颗卫星上的接收器上。

维持这些航天器的高精度轨道和开发遮阳罩是戈达德IRAD其他项目的重点。VISOR的成功可能为未来更大规模的任务铺平道路,航天器间隔以公里为单位,一旦准备好进行太空飞行,就会采用丹尼斯更薄的筛子的更高分辨率。另一个更大的光子筛将用于校准MUSE(多缝太阳探测器)光谱仪,预计将于2027年发射。

丹尼斯的工作在《今日物理学》中得到了重点关注,并已获得两项专利,并已提交第三项专利。戈达德首席技术专家彼得·休斯(PeterHughes)在11月15日举行的项目年度海报会议上授予丹尼斯23财年IRAD年度创新者奖。

Denis表示,在继续突破工程极限的同时,他期待着MUSE和VISORS的推出。“即使我们不断改进,看到它们将如何用于新科学也是一个巨大的动力。”


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