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)計與發(fā)射過程中，常通過光纖陀螺儀對其軌道位置和運行狀態(tài)進行校準(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)，隨著工作時間變長，這些暴露在宇宙空間中的光纖變暗了。

對此，法國國家太空研究中心（CNES）及其研究伙伴——休伯特·庫里安實驗室（the Hubert Curien laboratory）和iXblue公司決定利用這一特性去開發(fā)一種太空輻射傳感器，可以監(jiān)測質(zhì)子和中子輻射強度和時間。這將有助于在宇航員脫離空間站環(huán)境進行太空行走時為其規(guī)避被太陽耀斑和高能粒子射線輻射的風(fēng)險。

研究人員在地面進行了模擬實驗。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)的透射率也會發(fā)生變化。在待測介質(zhì)一端注入固定頻率的單色連續(xù)光，并在另一端進行檢測，即可實時解調(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。圖片來源，休伯特·庫里安實驗室/Timothé Allanche。
圖源：https://spacegate.cnes.fr/fr/quezako-deploiement-de-la-fibre-dans-la-station-spatiale-internationale

驗證其可行性后，CNES開啟了下一步對于太空的探索。2021年，法國宇航員托馬斯·佩斯奎特（Thomas Pesquet）將帶著測試樣品，乘坐Cygnus號補給船，從美國發(fā)射前往國際空間站。他是第十位進入太空的法國宇航員，并曾在2016年11月至2017年6月在國際空間站度過了196天，有豐富的太空生活及科研任務(wù)的執(zhí)行經(jīng)驗。和他一起出發(fā)的還有體量龐雜“ALPHA”任務(wù)。在未來的六個月中，他將在低重力空間中進行十余項新實驗，所產(chǎn)生的實驗數(shù)據(jù)將惠及百余個歐美科學(xué)任務(wù)。其中，代號為“Lumina”的實驗內(nèi)容便是在空間站中布設(shè)光纖進行宇宙射線監(jiān)測。


圖2： 執(zhí)行Lumina實驗的宇航員托馬斯·佩斯奎特（Thomas Pesquet）。圖片來源，ESA / NASA-喬什·瓦爾卡塞爾（Josh Valcarcel）
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托馬斯將會收到一個27cm見方的方盒，盒內(nèi)裝有兩根長度分別為2km和7km的光纖。在進入空間站后，托馬斯會將其充分纏繞，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)測光纖一端的輸出光強，從而實時解調(diào)受到的宇宙輻射劑量。


圖3 Lumina實驗的負(fù)責(zé)人弗洛倫斯·克萊門特（Florence Clément）在展示傳感器。圖片來源，CNES，PRADA Thierry。
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值得注意的是，光纖的材料與摻雜、長度與使用光源的波長都將極大的影響傳感器的靈敏度。另外，該傳感器目前還無法進行重復(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實驗的負(fù)責(zé)人弗洛倫斯·克萊門特（Florence Clément）對此解釋道：“需要探索平衡的參數(shù)，以應(yīng)對諸多不同的實用場景�！�

另外，雖然同樣是在宇宙空間中，因為地球磁場和金屬材質(zhì)的保護，空間站內(nèi)的輻射仍是一個較低的量級。根據(jù)長征四號最新傳回的實驗數(shù)據(jù)，月球表面的輻射強度是地球上的二百余倍，除此之外，還有不期而至的太陽耀斑和隨時出沒的高能粒子射線，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，通過在宇航服手臂附近設(shè)置光纖貼片，預(yù)計將可以提前一小時左右預(yù)告高能宇宙射線，從而讓宇航員能提前尋求庇護。這將為未來太空行走和月球及火星的表面探索提供強有力的安全保障。

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