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PI如何帮助揭开太阳的秘密

“聚变反应堆”|“上帝之星”|“天造瑰宝”– 研究人员、诗人和神秘主义者为我们这颗白日之星赋予了无数的名称。除了对太阳的崇高敬意之外,还以这些名称概括了有关太阳本质的许多悬而未决的问题。为了至少揭开其中一些秘密,>>太阳轨道器太空探测器于2020年2月开始其飞行之旅。探测器上还装有:用于中心实验之一的偏振与日震成像仪(PHI)的副镜的PI偏摆单元。

太阳轨道器于2020年2月10日上午5:03在卡纳维拉尔角AFS发射区41号接收到“准备起飞”的指令。欧洲航天局(ESA)与美国宇航局之间的这项联合项目的主要目标是研究太阳风的形成以及太阳上潜在的动态过程。几天前,ESA发布了部分首批传回的图像,这些图像引起了全世界的关注,甚至第一次>>电视广播也证明了人们对其有着浓厚的兴趣。

在轨道器上的十种不同仪器中,马克斯·普朗克太阳系研究所与莱布尼兹太阳物理学研究所合作开发的偏振和日震成像仪(简称:PHI)具有特别重要的意义。>> PHI将提供可见光谱中的太阳表面(光球层)图像。此外,这台仪器还将确定磁场的强度和方向以及太阳表面等离子体的流速。除了别的之外,预期还可以从这些信息中得出有关太阳内部等离子体运动的结论。为了平衡卫星的微振动,需要精密的图像稳像系统。这项由莱布尼兹研究所的研究人员决定的解决方案基于PI的偏摆单元,该单元可移动望远镜的副镜;其重量为71克,由微晶玻璃制成。

偏摆单元的主要开发人员Arne Bramigk今天回顾了十年来硕果累累的开发历程,“偏摆单元在许多方面对我们来说都具有十分重要的意义。今天,我们可以当之无愧地宣称我们的系统适用于太空。还有谁可以这样说呢?这意味着要确保其在非常高的温度和高真空下运行。例如,即使在卫星发射过程中由于高加速度而产生的巨大负载,也必须得到妥善处理。” 但是,仅偏摆单元的基本要求就为Bramigk及其团队带来了巨大挑战:±295微弧度的位移,300赫兹的带宽和1.3千赫兹的谐振频率(带负载)。“这只能通过采用直接驱动的压电陶瓷偏摆镜来实现;其机械部件由特种钛合金制成。在这个项目中,我们学到了很多关于表面处理和FEM模型计算的知识”,Bramigk讲述了背后的故事。

马克斯·普朗克太阳能系统研究所PHI项目经理Joachim Woch博士对这项任务的成功启动倍感欣喜:“PHI在太空中的调试工作已经顺利完成。PHI拍摄的首批太阳光球层的照片质量非常好。包括PI偏摆单元在内的所有技术子系统均可以正常工作,没有任何问题。”

包括PI偏摆单元在内的所有技术子系统均可以正常工作,没有任何问题。

由于这一项目的成功实施,除了直接的收益之外,Bramigk认为PI在未来还具有更大需求的其他任务中大有可为。例如,用于从卫星到卫星或从卫星到地球的光通信。

目前,我们可以期待获得更为壮观的恒星图像,并期待研究人员可以从中获得多项科研成果。


PHI由两个望远镜组成。所谓的全圆盘望远镜(FDT)以低角分辨率观测整个太阳圆盘,而高分辨率望远镜(HRT)则以14厘米的孔径观测1000 x 1000弧秒的太阳表面部分。
这也正是图像稳像单元实现科学要求中规定的一弧秒角度分辨率和所需偏振精度的用武之地。在正常情况下,两次拍摄之间的剩余图像移动必须小于1/40弧秒(扫描探测器像素的1/20)。


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Arne Bramigk

Key Expert, R&D Design & Simulation, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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Markus Wiederspahn

Global Campaign Manager, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

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