新的激光技术识别空间碎片的构成 2017-01-08 10:18:29

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航空航天工程师已经开发出一种称为激光偏振测量的激光传感技术,它不仅可以解读在哪里,而且可以通过什么样的太空垃圾从头顶经过几千万块太空垃圾,每天从地球轨道运行,从旧的火箭涂料芯片到太阳能电池板和整个死亡卫星的碎片这种高科技碎屑云以每小时17,500英里的速度在地球上旋转

在这些速度下,即使像鹅卵石一样小的垃圾也可以破坏太空飞船NASA和美国国防部

使用地面望远镜和激光雷达(激光雷达)跟踪超过17,000个轨道碎片物体,以帮助防止与操作任务发生碰撞这样的激光器将高功率激光照射到目标物体上,测量激光脉冲返回地球所需的时间天空中的碎片现在麻省理工学院的航空航天工程师已经开发出一种激光传感技术,不仅可以破译通过哪种太空垃圾而且可以通过什么样的太空垃圾例如,这项称为激光偏振测量的技术可用于辨别一块碎片是裸金属还是覆盖着油漆

工程师们说,差异可以帮助确定物体的质量,动量和破坏潜力“In太空,随着时间的推移,事情往往会分崩离析,过去10年中发生了两次重大碰撞,导致碎片出现了相当大的飙升,“麻省理工学院航空航天系前研究生Michael Pasqual说道

你可以弄清楚碎片是由什么制成的,你可以知道它有多重,它可以随着时间的推移而快速脱离或撞击别的东西“Kerri Cahoy,罗克韦尔国际职业发展航空航天副教授,以及麻省理工学院地球,大气和行星科学系副教授表示,该技术可以很容易地在现有的基于地面的系统上实施

y监视轨道碎片“[政府机构]想知道这些碎片的位置,所以他们可以打电话给国际空间站并说:'大块碎片来到你的路上,开火你的推进器并让你自己动起来所以你是很清楚,“”Cahoy说道,迈克提出了一种方法,通过对光学元件进行一些修改,他们可以使用相同的工具来获得有关这些材料的更多信息“Pasqual和Cahoy已经在期刊IEEE航空航天和电子系统交易看到一个标志该团队的技术使用激光来测量材料对光的偏振态的影响,这是指光反射材料的光的振荡电场的方向

例如,太阳的时候光线从橡胶球上反射,入射光的电场可能会垂直振荡但是球表面的某些特性,例如它的粗糙度,可能会导致它重新出现

相反,或者以完全不同的方向反射相同的材料可以具有多种偏振效果,这取决于光照射它的角度Pasqual等原因,例如油漆等材料可能具有不同的偏振“特征”,反射激光因此,与裸铝的极化图案不同的模式光可能是科学家识别太空中轨道碎片成分的可靠方法为了验证这一理论,他建立了一个台式旋光仪 - 一种测量仪器在许多不同的角度,激光在物质反射时的偏振该团队使用了一个波长为1,064纳米的高功率激光束,类似于现有地面雷达中用于跟踪轨道碎片的激光器激光器水平极化,意味着它的光沿水平面Pasqual振荡然后使用偏振滤光光学和硅图标探测器测量反射光的偏振状态通过空间垃圾筛选在选择要分析的材料时,Pasqual选择了六种常用于卫星的材料:白色和黑色涂料,铝,钛,Kapton和Teflon - 两种薄膜状材料用于屏蔽卫星“我们认为它们非常能代表你在太空碎片中发现的东西,”帕斯夸尔说 他将每个样品放入实验仪器中,该仪器是电动的,因此可以在不同的角度和几何形状下进行测量,并测量其偏振效应

除了反射与入射光具有相同偏振的光之外,材料还可以显示其他更奇怪的偏振行为例如,稍微旋转光的振荡 - 一种称为延迟Pasqual的现象确定了16种主要的偏振态,然后注意到给定材料在反射激光时所表现出的效果“Teflon具有非常独特的性质,当你用激光照射激光时垂直振荡,它吐出一些中间的光线角度,“Pasqual说”并且一些涂料具有去极化,其中材料将吐出相同的垂直和水平状态组合“每种材料都具有足够独特的偏振特征来区分它来自其他五个样本Pasqual相信其他航空航天材料,如此因为各种屏蔽膜,或用于天线,太阳能电池和电路板的复合材料,也可能表现出独特的极化效应

他希望科学家可以使用激光偏振测量来建立具有独特偏振特征的材料库

通过在激光器上添加某些滤光片现有的基于地面的雷达,科学家可以测量通过碎片的极化状态,并将它们与一个签名库相匹配,以确定物体的成分“地面上已有很多设施用于跟踪碎片,”Pasqual说“这一点这项技术的实际情况是,当你这样做的时候,你可能会在你的探测器上放置一些检测偏振变化的滤光片,这些偏振特征可以帮助你推断材料是由什么组成的

你可以得到更多的信息,基本上是免费的“这项研究部分由麻省理工学院林肯学者计划出版物支持:Michael C Pasqual和Kerri LC啊,“用于识别和表征空间碎片的主动极化测量”,IEEE,2017; DOI:101109 / TAES20172711718资料来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻