NASA在帕里斯汀的夏季高空科學氣球發放計劃

最新 07-06

德克薩斯州，帕里斯汀——哥倫比亞科學氣球中心坐落於德史薩斯州帕里斯汀市郊，只要天氣好，這裡將會成為最著名的NASA氣球發放基地。該發放計劃是基地夏季氣球發射計劃的一部分，2016年恢復了中斷長達9年的氣球發射活動。今年的活動會涉及到三個有效載荷的發射。

帕里斯汀居民所說的「氣球基地」的悠久歷史可追溯到1962年，由NCAR建成，位於靠近帕里斯汀機場的地域。有些時候，「氣球基地」是美國和全世界最繁忙的平流層氣球發射場之一。如果你想更進一步挖掘它的歷史，我建議你去閱讀由DwightBawcom撰寫的文章，他是該設施長達13年的現場經理。

讓我們把目光重新放回到現在，去更多的了解一下有關氣球搭載的儀器的內容。

第一個載荷是球載紅外干涉雙子望遠鏡（BETTII），它是NASA戈達德太空中心聯合馬里蘭大學、約翰霍普金斯大學，卡迪夫大學和倫敦大學學院，在日本遠紅外望遠鏡實驗團隊的協助下合力完成的科技成果。BETTII是一種球載干涉儀，將為遠紅外光譜中的觀測提供更精細的解析度，為未來的太空觀測平台鋪平道路。如下圖，我們可以看到從「建設空間邊緣干涉儀：BETTII的方向和相位控制系統」獲取的該儀器的3D渲染圖。

BETTII是第一個球載「直接檢測」干涉儀，它將兩個不同望遠鏡的光相干地組合在一起，以此來提供更高的角度解析度。為了提供BETTII所需要頻數，需要兩個相隔8米的採集器，一個能捕獲微弱紅外輻射的低溫儀器，具有卓越表面品質的光學元件和一輛能承受非常大的溫度變化、非常大的指示誤差和著陸時劇烈衝擊的纜車。由於合適的發射窗口關閉，這將是去年從Fort Sumner取消航班後第二次嘗試發射BETTII。（這個載荷已經發射，在回收的時候出現了失誤，儀器墜落。詳情見公眾號昨天報道。）

第二台將要在活動期間放飛的儀器是SuperBIT望遠鏡。

首字母縮寫詞代表超壓球載成像望遠鏡，它是由多倫多大學主導，達勒姆大學、普林斯頓大學和噴氣推進實驗室參與，共同研發出的儀器。

SuperBIT是一種可在從可見光到近紫外線波段（300-900微米）下工作的寬場儀器，其被設計用於在0.5度的視角範圍內實現20毫秒的圖像穩定性，整合時間周期範圍為10-30分鐘。SuperBIT能夠進行寬場受限衍射的觀測，這需要使用強、弱透鏡來繪製出數百個星系團中暗物質的分布。此外，SuperBIT非常適合與太陽系行星和外星行星研究相關的實驗。這將是繼2015年第一次從加拿大蒂明斯放飛氣球，去年第二次從巴勒斯坦放飛氣球之後的第三次儀器載荷任務。其最終目標正如其名，就是在NASA超壓氣球上進行長時間飛行。

事實上，球載光學天文學是一個無人問津的研究領域。在SuperBIT之前與之唯一相關的項目是著名的StratoscopeII，這是一個巨大的望遠鏡，在1967年至1973年之間，幾次的飛行表現出較高的方向精度和圖像穩定性。然而，對這種「Godzillian」儀器的指向機械結構的某些限制，需要大量有效的後期圖像處理才能給出科學實用的結果，從而嚴重製約了其功能。

最後一台將要發放的儀器稱為PIPER（原始膨脹極化探測器），它是一種球載式望遠鏡，其設計目標旨在大角度尺度上測量宇宙微波背景（CMB）的極化。PIPER的任務目標是尋找在早期宇宙膨脹時期激發的原始重力波信號。它是NASA戈達德太空飛行中心的天體物理學家研究開發的。

PIPER部分繼承於過去的ARCADE實驗，該實驗在2001年至2006年間，執行了幾次成功的球載任務。PIPER的兩台望遠鏡安裝在最初被ARCADE使用的3500升開放式液氦桶中。這是一種非常創新的設計，因為用液氦冷卻的望遠鏡和周圍環境之間沒有窗口，PIPER的一個特性是利用氣化流出的氦氣來防止飛行高度上的空氣在光學器件上冷凝。這種不同尋常的低溫設計提供了10倍於其他宇宙微波背景（CMB）儀器的繪圖速度，從而允許PIPER在一夜之間便飛過新墨西哥的敏感地帶，否則需要從南極進行10天的航行。該儀器還結合了所謂的可變極化調製器（PVM），它將偏振光與非偏振光分離，以確保只有前者才能到達PIPER的光學器件。

在2016年的秋天，PIPER為新墨西哥州Fort Sumner的第一個工程項目飛行做好了準備，但最後任務被取消了。在三次發射嘗試中，為了維持望遠鏡的冷卻，PIPER消耗了近8000升液氦。

twitter上找了一個PiPER探測器的組裝過程，分享一下。中間缺了2張圖。