李子硕

摘要：本文总结了真空紫外成像光谱仪的关键技术，介绍了国外发展的现状，列举了日地空间环境观测、地外行星体观测和宇宙空间观测三个应用领域中有代表性的载荷参数，并且分析了真空紫外成像光谱仪在空间科学研究中的优势，展望了其未来发展方向。

关键词：真空紫外；成像光谱仪；光学元件

1、真空紫外成像光谱仪的关键技术

真空紫外成像光谱仪主要应用于航天遥感领域，其包括了很多先进科学技术的最高水平现状，于是其主要涉及了以下几个方面的关键的技术。

其一，光学元件的加工和光学系统的设计。因为真空紫外波段的透射材料稀少且难以制备，因而有很大一部分的该波段的成像光谱仪会使用反射式光栅来作为分光元件。而相较于可见光的波段，真空紫外波段的波长远远小于其波长，故而对光学元件表面粗糙度的要求也要高很多，于是便要求极为高超的制备工艺。

其二，高反射率镀膜。在光学元件的表面镀高反射率膜是为了真空紫外波段能获得较高的反射效率。与此同时，为了保护该膜系不被高能的宇宙射线所破坏还需要镀保护膜，并且对不同的波长应用范围作出不同的选择。所以对反射膜的要求较高。

其三，高增益成像探测器技术。因为真空紫外波段探测器的光谱响应能力普遍较低，但是需要观测的真空紫外辐射强度大多极其微弱，所以必须应用具有高增益的成像探测器。现阶段下，高增益成像探测器一类的发展十分迅速，已经渐渐满足了真空紫外波段成像探测向大尺寸、高增益、高动态范围、低噪声方向发展的要求。

2、国外的发展现状

随着当前经济的飞速发展，世界各国越来越重視未来空间的探测计划的建设，其中便包括真空紫外成像光谱仪载荷的研制和发射任务。例如美国、俄罗斯、荷兰、加拿大、印度、韩国、日本等许多国家。

（1）检测日地空间环境的现状

太阳、太阳风、磁层、电离层和热层的状态就是所谓的空间天气。空间天气的恶劣将会影响定位系统的精度，会影响无线电通讯的质量以及电力传输的安全。其将在一定程度上缩短航天飞行器的寿命与功能应用的实现，进而造成很大的经济社会损失。因此，为了减少社会经济损失、对空间天气可能造成的危害进行防范，就需要实时观测空间太阳与日光层观测台实物图的变化。这时真空紫外成像光谱仪载荷可以通过对太阳辐射以及地球电离层大气真空紫外线辐射的变化进行同步的观测，进而为研究空间天气的变化规律提供了极为充分的研究数据。观测太阳的紫外线波辐射是了解太阳结构、检测太阳活动的有效手段。

（2）观测地外行星体的现状

应用于罗塞塔号和新视野号卫星上的是ESA研制的紫外线成像光谱仪AL-ICE，其是用来对地外行星体的大气成分进行探测的真空紫外线成像光谱仪。

在2004年3月发射升空的罗塞塔号，在对彗星的遥感观测中，ALICE进行了寻找稀有气体的活动，如测量其分子产生率、可变性和结构性，测量彗尾中的离子含量，并且还观测彗核本身和彗发中固有颗粒的远紫外光谱特性。

在2006年1月发射升空的新视野号，得出了冥王星的大气与地表的组成、分布和温度等一系列有效数据。而ALICE有两种工作模式，一是探测大气光模式，能对冥王星进行直接的测量；二是测量掩食光模式，能对观测到的日蚀阴影区进行分析测量，进而能求得冥王星大气的成分、温度、浓度的分布情况。

（3）观测宇宙空间的现状

现阶段下人们对认识宇宙有越来越强烈的向往和欲望，通过真空紫外辐射进行观测可以了解宇宙中不同天体的特性，从而提供了研究宇宙起源、星体形成和进化的手段。

远紫外分光探测器是APL为NASA研制的一颗远紫外天文卫星，其科学目标是对宇宙大爆炸初期的元素合成、宇宙中元素的丰度、星系的化学演化、星际介质等等。

哈勃空间望远镜是另一个深受研究人员喜爱的研究宇宙起源的仪器，已经成为了天文史上重要的仪器，而在第二次维护任务中，其被太空望远镜影像摄谱仪而取代。

3、真空紫外成像光谱仪的独特优势

真空紫外成像光谱仪是空间科学研究中重要的数据获取工具，通过对不同天体目标真空紫外辐射的观测，可以反演出天体中主要物质的含量和变化规律，从而为空间天气、宇宙起源等许多前沿科学提供研究资料。比较于其他波段的同类仪器，真空紫外线成像光谱仪具有不可代替的优势

其一，能根据维恩位移定律，通过对真空紫外线辐射的观测了解高温辐射体的性质。

其二，因为地球大气对真空紫外辐射的较为强烈的吸收，所以搭载于卫星上的真空紫外探测器在观测地球电离层时，避免了来自地表的同波段辐射的干扰。

其三，该波段中具有许多适合观测应用的特征路线，许多星体大气中的重要元素的最强谐振波长都包含在其范围内，并且天体演化的重要元素以及生命进化的标志元素在真空紫外波段也有特征线谱的分布。