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飞入太空:固态功率放大器助力太空探索

2021 年 12 月 14 日,观察恒星旋转和近距离探索阿波罗 15 号着陆点的表面只是绿岸望远镜促成的两个研究示例。这篇博客文章探讨了有助于加速太空探索的 Qorvo 技术。

在西弗吉尼亚州无线电静默的山丘上,耸立着一颗耀眼的、凝望星空的巨星:绿岸望远镜,又名 GBT。

GBT 是世界上最大的完全可操纵射电望远镜,过去 5 年有 900 多位科学家使用过它。为什么?因为 GBT 极其准确,且功能多样。

美国国家射电天文台 (NRAO) 表示,这套接收器的频率覆盖范围为 100 MHz 到 100 GHz,其处理器可发现数据中的纳秒时差。它还能够访问 85% 的本地天体。其表面(2.3 英亩的区域)非常平滑,噪声级别为 260 微米(5 根头发)。

您可以在真正的无线电静默环境下进行观察。它位于绿岸天文台无线电静默区,可以探测到可能会被人造信号掩盖的微弱射频信号。该天文台与国家森林接壤,而阿利根尼山脉则保护它免受一些无线电的干扰。

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△ Skynet Junior Scholar 成员 Surfer9 拍摄和处理的半人马座 A


到目前为止,GBT 帮助科学家获得的知识已是天文数字。其每年的观测时间约为 6500 个小时,观测结果用于化学、物理、雷达接收和天文学等领域。最值得注意的是,通过研究脉冲星的大质量和短旋转周期得出的一些发现有助于证明爱因斯坦的广义相对论。脉冲星是一种中子星,它是某一超级巨大的恒星爆炸后形成的密核。2006 年,GBT 探测到了迄今为止发现到的最大中子星。

太空探索的又一次飞跃

科学发现往往会推动技术进步,反之亦然,可以说是实现了科学和技术的交叉融合。在 GBT 的例子中,射频技术的进步有助于挑战太空探索的极限。

实时案例:美国国家射电天文台 (NRAO) 与 Raytheon Intelligence & Space (RI&S) 目前正在合作开展一个项目,期望通过提高行星雷达的能力,能够更早、更精确地分析目标近地天体 (NEO)。NRAO 利用 RI&S 雷达,从位于西弗吉尼亚州的美国国家科学基金会绿岸射电天文望远镜进行了首次观测传输。

此次测试通过安装在绿岸射电天文望远镜上的发射机得到了阿波罗 15 号登月地点的详细图像。这款射频发射器的核心就是 Spatium 技术,这款 700 瓦的 13-16GHz SSPA 为实现这一技术里程碑提供了必要功率。到目前为止,传统的雷达还不能像 Spatium 那样识别和表征小型 NEO。

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△ 绿岸望远镜 2.3 英亩的巨大碟形表面是一个巨型容器,可用于捕捉来自太空天体的微弱无线电波


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△ 这是 1971 年阿波罗 15 号着陆区域的 RI&S 雷达图像。这张照片显示的是直径只有 5 米的天体


美国国家射电天文台主任兼 Associated Universities, Inc. (AUI) 射电天文学副总裁 Tony Beasley 表示:“我们与 Raytheon 的首次雷达研究以意想不到的方式表征了月球,预计此次即将进行的研究将会表征近地天体。我们在此次以及其他研究和技术合作中取得的每一个里程碑,都将为下一代射电望远镜和观测研究提供助力,不断改进我们的研究工作。”


这项新功能可为探索太阳系中的其他行星和天体铺平道路,无需发射额外的太空探测器或卫星。自 20 世纪 50 年代以来,我们从地球向太空发射了许多强雷达信号,这些信号又从太阳系的天体上反射回来。将绿岸射电天文望远镜和 Spatium 用作发射机,可提高科学家使用雷达并通过地面仪器探索太阳系的能力。

Qorvo 在太空

太空对 Qorvo 技术来说并不陌生。25 年来 Qorvo 还与其合作伙伴合作推进行星探索,并向太空“发射”了 100 多万个组件。以下列出了几个示例:

说到火星探测器,Qorvo 技术的作用可以追溯到 2012 年好奇号登陆火星之时。NASA 喷气推进实验室 (JPL) 的官员确认,2020 年,火星毅力号的关键着陆雷达系统集成了 Qorvo 公司的产品,该产品是帮助探测车着陆的“天空起重机”的一个组件。

2006 年 1 月 19 日,NASA 借助木星引力将新地平线号成功发射至冥王星,之后将宇宙飞船带到冥王星近 30 亿英里以外的地方,以探索柯伊伯带的冰冻天体。新地平线号利用 Qorvo 技术将采集到的图像返回至地球。

NASA 勇气号和机遇号探测车都配备了 Qorvo GaAs 放大器。这两部探测车于 2004 年抵达火星,凭借卓越设计与星际装置的结合,勇气号持续运行并与地球保持通信直至 2010 年。它的姐妹探测车机遇号在 2018 年之前一直运行良好,并向全球科学家发送了大量数据。

Qorvo 产品在 1997 年登陆土星的卡西尼-惠更号宇宙飞船中起到了一定作用。卡西尼-惠更斯号探测器包含关键设备,旨在使其在土星卫星泰坦表面执行任务期间,与太空飞船进行通信。Qorvo 的砷化镓 (GaAs) 技术是将研究结果发回地球的关键所在。


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