Enquanto o rover Curiosity da NASA vagueia pela superfície de Marte, sua ChemCam captura a composição química de seus arredores com um sistema de laser especialmente projetado. É o laser mais poderoso a operar na superfície de outro planeta. A explosão de luz infravermelha que ele dispara dura apenas alguns bilionésimos de segundos, mas é poderoso o suficiente para vaporizar o ponto que atinge em mais de 8, 000 ° C. Mesmo à distância, a ChemCam pode examinar rochas e solo usando um processo chamado Espectroscopia de Quebra Induzida por Laser (LIBS), onde rajadas de laser atomizam e excitam componentes e imagens espectrais capturam suas assinaturas químicas.

Aqui na Terra, os cientistas já estão construindo a ChemCam da próxima geração com atualizações impressionantes e novos recursos espectrais para o rover Mars 2020 da NASA, nomeado para o ano de seu lançamento programado. Além de um sistema LIBS mais rápido, o SuperCam contará com um sistema de laser refrigerado por condução inteiramente novo para fornecer a capacidade de análise não destrutiva da espectroscopia RAMAN, capaz de detectar assinaturas baseadas em carbono de materiais orgânicos.

Juntamente com o Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) e o Instituto de Pesquisa em Astrofísica e Planetologia (IRAP), O Grupo Thales está nos estágios finais de testes do sistema SuperCam compacto, que eventualmente suportará as duras condições de Marte. Eles já construíram e testaram um completo, modelo representativo, os resultados desta pesquisa serão apresentados durante o OSA Laser Congress, 1-5 de outubro de 2017 em Nagoya, Japão.

Ao contrário da funcionalidade somente LIBS do Curiosity, este novo instrumento será capaz de alternar entre um modo LIBS e um modo Raman de lasing, um método que requer duas cores de laser diferentes para excitar e sondar energias de vibração molecular para sua identificação química não destrutiva. A segunda cor é produzida por um cristal que dobra a frequência de 1.064 nanômetros usada para medições LIBS - que agora produz 10 vezes mais tiros em cada rajada do laser para uma amostragem mais rápida.

Este segundo, O feixe de 532 nanômetros permitirá que o Mars 2020 detecte estruturas moleculares evidentes de matéria orgânica - evidências de vidas passadas. A nova arquitetura óptica necessária para produzir os dois modos de operação, Contudo, não foi sem seus desafios.

O oscilador LIBS atualizado usa um cristal Nd:YAG bombeado por diodo, em oposição ao Nd:KGW da ChemCam, que fornece os bursts mais longos, mas requer novos métodos para garantir a funcionalidade em uma ampla faixa de temperatura. Porque o Nd:YAG absorve em uma estreita faixa de frequências para perder a uma determinada temperatura, a SuperCam usa um diodo multicolorido que pode bombear com um amplo espectro para compensar uma faixa de temperatura.

"Este laser está funcionando em modo burst, mas com este laser podemos fazer 1000 disparos em uma rajada enquanto o laser ChemCam foi 10 vezes menos, "disse Eric Durand, um dos desenvolvedores do SuperCam no Thales Group, França. "Nós bombeamos este laser longitudinalmente com uma pilha que é uma emissão de banda larga para que, quando a temperatura estiver mudando, o cristal ND:YAG ainda está absorvendo a luz e o laser pode ser usado em pelo menos 50 a 60 graus sem regulação de temperatura. "

Adicionando outra complicação ao controle de temperatura, o cristal KTP produzindo o verde, a frequência de luz dobrada exigia estabilização adicional.

“O aspecto mais difícil foi atingir a faixa de temperatura também com o comprimento de onda verde porque temos que manter a eficiência em toda a faixa, e isso só foi possível aquecendo um pouco o cristal KTP, "disse Durand.

A estabilização de temperatura necessária para manter o sistema alinhado e funcionando para qualquer um dos modos é difícil o suficiente de conseguir em um laboratório, mas este sistema foi projetado para ter a mesma estabilidade enquanto no rover enquanto atravessa o terreno rochoso de Marte. Além disso, ele tem que atender às rígidas restrições de tamanho e peso que vêm com as viagens espaciais e permanecer livre de contaminantes que destruiriam seus componentes - uma façanha alcançada ao selar o instrumento com solda a laser.

As habilidades robustas e poderosas da nova SuperCam serão uma sonda química inestimável para o rover Mars 2020 e podem trazer à vida uma série de novas descobertas de volta para nós aqui na Terra.