Была ли жизнь на Марсе? Именно на этот вопрос пытается ответить Европейское космическое агентство (ЕКА) с помощью своей миссии ExoMars. Миссия, участником которой является Россия, должна стартовать осенью этого года, хотя последние политические события ставят под сомнение возможность ее осуществления. Частью миссии является интересная аналитическая система, предназначенная для работы в космосе и созданная в рамках исследовательской работы, проводимой в Институте прикладной оптики и точного машиностроения имени Фраунгофера IOF. Исследователи из Йены разработали миниатюрный лазерный модуль для мобильной лаборатории марсохода ExoMars Rover. Институт представит этот рамановский спектрометр, оснащенный твердотельным лазером с диодной накачкой и размером с 50-центовую монету, на выставке Laser World of Photonics в Мюнхене с 26 по 29 апреля.

Марсоход «Розалинд Франклин» будет анализировать минералогические соединения на поверхности Марса, расположенного на расстоянии около 56 миллионов километров от Земли, с целью поиска следов внеземной жизни на планете. Для этого аппарат оснащен бортовым буром и целым рядом научных приборов. Один из этих приборов — устройство под названием Рамановский спектрометр. Он может использоваться для анализа распространения света от молекул, например, в атмосфере, или от твердых тел, таких как образцы горных пород. Центральным элементом спектрометра является сильно миниатюризированный и пригодный для использования в космосе лазерный источник — твердотельный лазер с диодной накачкой и удвоением частоты, созданный в ИОФ Фраунгофера в Йене.

Рамановский спектрометр работает следующим образом: Излучается лазерный свет, который взаимодействует с анализируемым материалом. Это вызывает так называемый «эффект Рамана». Энергия света переходит в материал и обратно. Это изменяет энергию света, изменяя его длину волны. Затем свет рассеивается обратно в спектрометр, где изменения длины волны анализируются. По разнице между новой частотой и исходной частотой излучаемого света можно сделать выводы о составе материала.

Зеленый лазер, построенный в Йене, работает на длине волны 532 нанометра и мощностью более 100 мегаватт. «В общей сложности наши исследователи потратили семь лет времени на разработку модуля, чтобы адаптировать его к специфическим задачам работы в космосе», — объясняет д-р Эрик Бекерт, руководитель проекта лазера ExoMars в Fraunhofer IOF. Одной из общих проблем для проектов, работающих в космосе, является необходимость того, чтобы компоненты были особенно маленькими и легкими. Например, лазер, включая его корпус, весит всего 50 граммов, что равно половине плитки шоколада.

Но, несмотря на миниатюрность, он должен обеспечивать такой же уровень производительности и надежности. Чувствительные оптические компоненты должны выдерживать перепады температур от -130 до +24 градусов, значительное воздействие радиации в космосе, а также сильные вибрации при запуске и приземлении ровера.

Обычные методы сборки оптических компонентов не подходят для таких экстремальных условий. «Поэтому мы соединили все компоненты чувствительного лазерного резонатора и вторичной оптики вместе с помощью лазерной пайки», — объясняет Бекерт. «Это обеспечивает особенно высокую стабильность перед лицом теплового и механического воздействия и интенсивного облучения». Сотрудничая с испанским производителем лазеров Monocrom, институт в Йене за несколько лет создал в общей сложности пять структурно идентичных лазеров для использования в спектрометре комбинационного рассеяния. Теперь исследователи надеются, что их техника вскоре может быть запущена в космос вместе с миссией на Марс.