阿爾法磁潛儀(AMS)由STS-134飛往國際空間站時帶人運行軌道,雖然聽起來像是另一個儀器,但實際與國際空間站的關(guān)系密不可分。這項研究由美國能源部發(fā)起,16個國家出資,由諾貝爾得主丁肇中教授領(lǐng)導,全球600多位物理學家將能分享這臺粒子物理學探測儀產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
美國航空航天局的AMS項目經(jīng)理特倫特·馬丁說:“這種合作目前在空間科學界開始變得更為常見,但AMS是截止到目前建造空間科技探測儀出資最為多樣化的,美國航空航天局希望國際空間站、國家實驗室會鼓勵在空間科學界的這種多方合作模式。”
尋找反物質(zhì)、黑暗物質(zhì)和宇宙射線在宇宙中的傳播奧秘,這些僅僅是整個故事當中很小的一部分。為了充分理解科學的發(fā)展方向,就得考察科學發(fā)展的歷史。對于AMS項目來說,它的實施也是這樣。美國航空航天局與AMS的努力開始于1994年,當時美國航空航天局在得克薩斯州休斯敦的約翰遜太空中心進行了一項可行性研究,探討這樣一個脆弱的儀器是否能夠在太空飛行而且獲得有用數(shù)據(jù)。
美國航空航天局的AMS項目副經(jīng)理理肯·波爾維格提到,面對危險的太空環(huán)境必須克服許多困難,他說:“這些類型的實驗所使用的探測器,其最典型的使用環(huán)境是在地表以下,那里的溫度從冬到夏變化不會超過2℃,而且?guī)r礦千年不動。”
對于AMS項目所涉及的硬件的研究,自1995年項同正式批準后就已認真開始了。美國航空航天局與AMS項日達成的初步共識之一,就是質(zhì)量、體積和動力方面必須有所限制,比如說,AMS合作項目考慮的輕量化永久磁鐵大約為2噸,地面類似的電磁鐵重約10000噸。
美國航空航天局和AMS項同組共同努力,計劃推出二個版本的AMS以達到規(guī)定的質(zhì)量要求。第一種版本的獨特支撐結(jié)構(gòu)USS-01于1997年完成,并于1998年6月由STS-91發(fā)射,攜帶4172千克的AMS工程評估版本。STS-91的任務順利完成,因為考慮到空間站到2001年才能準備好接待AMS,所以科學家決定做一些改進。AMS計劃越來越復雜,包括升級為更強大的低溫超導超流態(tài)氦冷磁:這些變化把AMS的重量增至6918千克,因此又必須試驗稱為USS-02的第二種版本的支撐結(jié)構(gòu)。
另一個重要共識是確定如何將數(shù)據(jù)從AMS傳回地面,為此研制了數(shù)碼數(shù)據(jù)錄制系統(tǒng),執(zhí)行STS-91使命時用它來為AMS合作項目捕獲數(shù)槲。這是AMS總體目標的一次初步嘗試,但得到的數(shù)據(jù)使得測量的敏感度得到了提高。
工程師們持續(xù)研究程序和驗證要求,并進入試驗階段,一干就是好幾年。2001年12月,美國航空航天局用STS-108發(fā)射了一臺原型同步加速器輔射探測儀,這次飛行試驗驗證了AMS探測儀的性能。AMS復雜性的升格也意味著數(shù)據(jù)通道從近70000個增至300000個。為了解決這個問題,美國航空航天局研制了一個新型數(shù)碼數(shù)據(jù)錄制系統(tǒng),于2011年2月用STS-133發(fā)射升空。這為AMS隨STS-134的發(fā)射做好了準備。
在宣布國際空間站將持續(xù)運行至2020年以后,AMS合作項目將現(xiàn)有的低溫磁更換為永久磁,其壽命無限。整個AMS被拆開,更換了磁鐵,然后安裝完備并進行了試驗。從概念到實施只花了7個月時間,延長了AMS運行的可能期限。
馬丁贊揚美國航空航天局員工和承包商做出的努力,稱贊他們?yōu)锳MS項目的順利實施做出的重大貢獻。這些人中的一部分將繼續(xù)支持AMS環(huán)軌運行和收集數(shù)據(jù)。
AMS將是目前太空在軌飛行器中最先進的探測儀,它會增進我們對反物質(zhì)和暗物質(zhì)的整體認識,為物理學家提供一種強有力的工具。隨著科學家尋求宇宙起源的答案,該調(diào)查也將促進現(xiàn)代物理學科的成