Mientras el rover Curiosity de la NASA recorre la superficie de Marte, su ChemCam captura la composición química de su entorno con un sistema láser especialmente diseñado. Es el láser más poderoso para operar en la superficie de otro planeta. El estallido de luz infrarroja que dispara dura solo unas mil millonésimas de segundos, pero es lo suficientemente potente como para vaporizar el lugar que golpea a más de 8, 000 ° C. Incluso desde la distancia ChemCam puede examinar rocas y suelo mediante un proceso llamado espectroscopia de degradación inducida por láser (LIBS), donde las ráfagas de láser atomizan y excitan los componentes y las imágenes espectrales capturan sus firmas químicas.

Aquí en la tierra, Los científicos ya están construyendo la ChemCam de la próxima generación con impresionantes actualizaciones y nuevas capacidades espectrales para el rover Mars 2020 de la NASA. nombrado por el año de su lanzamiento programado. Además de un sistema LIBS más rápido, la SuperCam contará con un sistema láser refrigerado por conducción completamente nuevo para proporcionar la capacidad de análisis no destructivo de la espectroscopia RAMAN, capaz de detectar firmas basadas en carbono de materiales orgánicos.

Junto con el Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) y el Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología (IRAP), Thales Group se encuentra en las etapas finales de prueba del sistema compacto SuperCam que eventualmente resistirá las duras condiciones marcianas. Ya han construido y probado un modelo representativo, Los resultados de esta investigación serán presentados durante el OSA Laser Congress, 1-5 de octubre de 2017 en Nagoya, Japón.

A diferencia de la funcionalidad exclusiva de LIBS de Curiosity, este nuevo instrumento podrá cambiar entre un modo LIBS y un modo Raman de láser, un método que requiere dos colores de láser diferentes para excitar y sondear las energías de vibración molecular para su identificación química no destructiva. El segundo color lo produce un cristal que duplica la frecuencia de 1064 nanómetros utilizada para las mediciones de LIBS, que ahora produce 10 veces más disparos en cada ráfaga del láser para un muestreo más rápido.

Este segundo, El haz de 532 nanómetros permitirá a Mars 2020 detectar estructuras moleculares evidentes de materia orgánica, evidencia de vida pasada. La nueva arquitectura óptica necesaria para producir los dos modos de funcionamiento, sin embargo, no estuvo exento de desafíos.

El oscilador LIBS actualizado utiliza un cristal Nd:YAG bombeado por diodos, a diferencia del Nd:KGW de ChemCam, que proporciona las ráfagas más largas pero requiere nuevos métodos para garantizar la funcionalidad en un amplio rango de temperatura. Debido a que el Nd:YAG absorbe en un rango estrecho de frecuencias para emitir láser a una temperatura determinada, la SuperCam utiliza un diodo apilado multicolor que puede bombear con un amplio espectro para dar cuenta de un rango de temperaturas.

"Este láser funciona en modo ráfaga, pero con este láser podemos hacer 1000 disparos en una ráfaga mientras que el láser ChemCam fue 10 veces menos, "dijo Eric Durand, uno de los desarrolladores de SuperCam en Thales Group, Francia. "Bombeamos longitudinalmente este láser con una pila que es una emisión de banda ancha de modo que cuando la temperatura cambia, el cristal ND:YAG todavía absorbe la luz y el láser se puede utilizar por lo menos entre 50 y 60 grados sin regulación de temperatura ".

Añadiendo otra complicación al control de temperatura, el cristal KTP que produce el verde, la luz duplicada de frecuencia requería estabilización adicional.

"El aspecto más difícil fue lograr el rango de temperatura también con la longitud de onda verde porque tenemos que mantener la eficiencia en todo el rango, y solo fue posible calentando un poco el cristal KTP, "dijo Durand.

La estabilización de temperatura requerida para mantener el sistema alineado y funcionando para cualquiera de los modos es bastante difícil de lograr en un laboratorio. pero este sistema fue diseñado para tener la misma estabilidad en el rover mientras atraviesa el terreno rocoso marciano. Es más, tiene que cumplir con las estrictas restricciones de tamaño y peso que vienen con los viajes espaciales y mantenerse libre de contaminantes que destruirían sus componentes, una hazaña que se logra sellando el instrumento con soldadura láser.

Las capacidades robustas y poderosas de la nueva SuperCam serán una sonda química invaluable para el rover Mars 2020 y pueden traernos a la vida una gran cantidad de nuevos hallazgos aquí en la Tierra.