有效载荷达7.4吨的研究设备、货物和物资将于5月24日抵达国际空间站

作为一种新的科学有效载荷的一部分，用于超低温原子研究的激光系统目前正在送入国际空间站，并计划于5月24日抵达。美国宇航局加利福尼亚州喷气推进实验室的一个专职团队在大体上参考商业激光设备，研发了该超冷原子实验室(CAL)设备，而在本周早些时候，该设备由美国宇航局商业货物商Orbital ATK提供的天鹅座飞船搭载，在美国宇航局沃洛普斯飞行基地发射。

为了接收载物，在天鹅座飞船到达时，国际空间站宇航员Scott Tingle和Ricky Arnold将使用空间站的机械臂来捕获它。在5月24日早上，美国宇航局网站将会提供现场交接的实况报道，对安装的报导则计划于美国东部时间上午7：30开始。

相似的一个传感器有效载荷是由一个德国集团公司建造的，去年在瑞典北部发射。它能完成微重力条件物质波干涉测量（MAIUS）的一部分任务，并且是第一个以有效载荷到达轨道的量子光学传感器。

超冷原子实验室有效载荷

超冷原子实验室（CAL）旨在将设备置于微重力条件下研究超低温量子气体，即玻色-爱因斯坦凝聚体(BECs)，CAL设备包括六个外腔半导体激光器（ECDL）模块，两个光谱模块和一个特殊的光学芯片，以及一系列激光驱动器，电光开关和其他辅助组件。

此套设备启动运行后，它将使得研究可以在一个在地球上不可重制的温度和零作用力环境中进行。超冷原子实验室（CAL）团队在其网站上阐明：“微重力的环境条件将解锁设备观察新的量子现象的潜力，它可以实现在观测时间超过10秒和温度低于100 pK条件下的观测。”

喷气推进实验室（JPL）研究小组还说：“超冷原子实验室（CAL）设备拥有可供于多个科研人员使用的设计，包括新的激光器等部件也可以在轨道上进行升级和维护，CAL基于激光冷却原子技术，能够精确地测量各种现象，它将会是开创未来量子传感器的实验。”

在发射天鹅座飞船后NASA发布：“在现代物理学领域，新的天鹅座冷原子实验室可以帮助科学家解答一些重大问题。CAL创造了比太空真空冷100亿倍的温度，利用激光和磁力来减缓原子的速度，直到它们几乎静止为止。”

科学家希望尽可能在微重力的条件下，更长的观测时间可以带来一些技术改进——包括传感器、量子计算机和用于航天器导航的原子钟。

图1 作为有效载荷的国际空间站激光冷却设备

现成的成套设备

根据JPL的说法，CAL仪器利用了大量商业现货（COTS）硬件和软件，这使得该项目取得突破后得到快速发展。激光组件的特点采用是光纤耦合激光器来简化整个光机设计，同时组合冷却风扇和屏蔽罩来减弱地球磁场，它们会在ISS行进轨道过程中发生变化。在国际空间站（ISS）上任务设置的目标包括研究载入到光学晶格中的由铷和同位素钾组成的量子气体性质。CAL系统还有其他功能，包括能够通过光学芯片窗口为样本高分辨率成像，同时还可以在单独的宽视场下成像。

该系统使用的“原子芯片”基于复合硅/玻璃衬底材料，在用窗口导线同时进行磁捕集和光学操作下，它既可实现对超低温原子的磁性控制，又可实现光学控制。激光“陷阱”包括形成干涉图案的反向传播光束，光被调谐到共振带的红边界时，冷原子会在强度极大值处被捕获，而光被调谐到共振带的蓝边界时，冷原子会在强度极小值处被捕获。

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