電子技術的進步不僅限于地球應用。美國國家標準與技術研究院 (NIST) 致力于利用其傳感器技術和研究將其傳感器推向太空。

電子產(chǎn)品不僅一直在努力實現(xiàn)并造福地球上的每個人，而且一些公司也在努力爭取明星，幾乎是字面上的。 

NIST是希望加入太空技術競賽的一個實體。最近，NIST 宣布他們將開始專注于空間應用，提供設計方法和傳感器，可以輕松地安裝在現(xiàn)有望遠鏡上，以從鄰近的宇宙和我們自己的宇宙中檢索大量數(shù)據(jù)。 

太空望遠鏡上的示例傳感器，NIST 將其作為應用程序。圖片由NASA 提供

讓我們深入研究 NIST 關注的一些可能在太空應用中有用的傳感器，然后看看 NIST 將贊助哪些項目來實現(xiàn)其目標。 

通過一系列傳感器收集數(shù)據(jù)

通常，為了拍攝大面積夜空的圖像，天文學家和天體物理學家需要將外部設備添加到現(xiàn)有的望遠鏡相機中。例如，傳感器可以從能量和光粒子中讀取信息，這些能量和光粒子到達由饋電喇叭（安裝在天線上的錐形圓柱體）引導的望遠鏡。 

一旦有輸入信號，每個輸入都會被超導量子干涉設備(SQUID)放大。 

RF SQUID 電路的示例。圖片由Kraft 等人提供

最終的設計挑戰(zhàn)是會產(chǎn)生大量的熱量來測量和識別來自每個傳感器的每個信號。 

解決此問題的一種方法是讓傳感器同時匯集大量數(shù)據(jù)，統(tǒng)一讀取并呈現(xiàn)給用戶。為應對這一挑戰(zhàn)，NIST 設計了一種多路讀出方法，該方法將幫助傳感器在節(jié)能的同時適當?shù)貙λ�有�?shù)據(jù)進行分類。 

一種幫助宇宙學家研究宇宙微波背景 (CMB) 的 NIST 傳感器是 CMB 傳感器。 

CMB 傳感器和電子設備幫助望遠鏡相機搜索微小的能量波動、漫射光特性和其他有助于了解星系形成的模式。

NIST 的基于 TES 的傳感器可以檢測時空漣漪，并可用于通過上圖所示的 X 射線探測器監(jiān)測太空中光化學反應的演變。圖片由NIST 提供

NIST 的另一個傳感器是其過渡邊緣傳感器(TES)，它通過檢測基于超導薄膜電阻增加的熱量來測量光。 

這些傳感器可以測量 X 射線并檢測最小粒子（光子）的能量，誤差小于千分之一。TES 傳感器也可以排列成數(shù)百或數(shù)千個陣列，以提供精確和準確的大規(guī)模讀數(shù)測量。

隨著 CMB 尋找微波信號和 TES 尋找光子，最后一個 NIST 傳感器需要檢查。當新光子到達時，它會識別頻率變化，即微波動感電感檢測器 (MKID)。 

超導傳感器類似于 CMB，但 MKID 處理更高的頻率，并且當需要更大的組合設備陣列來讀取輸入數(shù)據(jù)（例如引力波）時，MKID 比 TES 傳感器更具優(yōu)勢。 

現(xiàn)在我們已經(jīng)探索了 NIST 希望用于空間應用的一些傳感器技術，讓我們看看它支持哪些程序。 

NIST 正在進行的太空項目 

NIST 有各種旨在在惡劣條件下使用的項目，例如在太空中。 

其中一個項目是 NIST來自量子傳感器組(QSG)的量子微量熱儀。 

該項目涉及開發(fā)超導傳感器，該傳感器將在極低的溫度下檢測單光子的能量。自 2010 年以來，QSG 科學家研究并部署了光譜儀和超導傳感器，以從低溫環(huán)境中的能量中收集高光譜分辨率的響應。 

該項目的最新進展是 NIST 研究人員研究了將 TES 技術添加到 X 射線光譜儀的效果。 

結果表明，之前由鍺微量熱計組成的電子束離子阱(EBIT) 模型與新添加的基于 TES 的 EBIT 相比，其有效面積增加了 30%，以實現(xiàn)精確測量。通過添加 TES IC，研究人員提高了整體能量分辨率。  

安裝在 EBIT 上的 X 射線示例。圖片由NIST 提供

另一個獨特的 NIST 項目是長波長探測器項目。該項目側(cè)重于利用 NIST 的多路復用讀出技術檢測毫米級光波的大型傳感器陣列。 

這些傳感器有助于在宇宙中找到精確的測量值，但也可以幫助遠程檢測特定項目。 

例如，這組研究人員設計了一個視頻成像系統(tǒng)原型，用于在 28 米外探測隱藏的武器和其他威脅。雖然這個原型屬于安全協(xié)議應用，但研究人員可以用它來檢測太空中的不明物體，這些物體可能會在大規(guī)模布置中損壞衛(wèi)星甚至軌道上的航天器。  

該項目的最新成果是在 2017 年。 這些 NIST 研究人員因開發(fā)和部署世界上第一臺基于 CMB 的多色相機而獲得認可，該相機在 21 個不同的望遠鏡中配備了 550,000 個大型探測器，以測量我們宇宙中物質(zhì)簇隨時間的增長. 這種用途可以幫助世界各地的科學家獲得有關暗物質(zhì)和暗能量的新信息。 

通過持續(xù)的研究和開發(fā)，NIST 研究人員可以協(xié)助天體物理學家和宇宙學家拼湊從空間應用中獲得的各種形式的信息。