电子技术的进步不仅限于地球应用。美国国家标准与技术研究院 (NIST) 致力于利用其传感器技术和研究将其传感器推向太空。

电子产品不仅一直在努力实现并造福地球上的每个人，而且一些公司也在努力争取明星，几乎是字面上的。 

NIST是希望加入太空技术竞赛的一个实体。最近，NIST 宣布他们将开始专注于空间应用，提供设计方法和传感器，可以轻松地安装在现有望远镜上，以从邻近的宇宙和我们自己的宇宙中检索大量数据。 

太空望远镜上的示例传感器，NIST 将其作为应用程序。图片由NASA 提供

让我们深入研究 NIST 关注的一些可能在太空应用中有用的传感器，然后看看 NIST 将赞助哪些项目来实现其目标。 

通过一系列传感器收集数据

通常，为了拍摄大面积夜空的图像，天文学家和天体物理学家需要将外部设备添加到现有的望远镜相机中。例如，传感器可以从能量和光粒子中读取信息，这些能量和光粒子到达由馈电喇叭（安装在天线上的锥形圆柱体）引导的望远镜。 

一旦有输入信号，每个输入都会被超导量子干涉设备(SQUID)放大。 

RF SQUID 电路的示例。图片由Kraft 等人提供

最终的设计挑战是会产生大量的热量来测量和识别来自每个传感器的每个信号。 

解决此问题的一种方法是让传感器同时汇集大量数据，统一读取并呈现给用户。为应对这一挑战，NIST 设计了一种多路读出方法，该方法将帮助传感器在节能的同时适当地对所有数据进行分类。 

一种帮助宇宙学家研究宇宙微波背景 (CMB) 的 NIST 传感器是 CMB 传感器。 

CMB 传感器和电子设备帮助望远镜相机搜索微小的能量波动、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 的传感器可以检测时空涟漪，并可用于通过上图所示的 X 射线探测器监测太空中光化学反应的演变。图片由NIST 提供

NIST 的另一个传感器是其过渡边缘传感器(TES)，它通过检测基于超导薄膜电阻增加的热量来测量光。 

这些传感器可以测量 X 射线并检测最小粒子（光子）的能量，误差小于千分之一。TES 传感器也可以排列成数百或数千个阵列，以提供精确和准确的大规模读数测量。

随着 CMB 寻找微波信号和 TES 寻找光子，最后一个 NIST 传感器需要检查。当新光子到达时，它会识别频率变化，即微波动感电感检测器 (MKID)。 

超导传感器类似于 CMB，但 MKID 处理更高的频率，并且当需要更大的组合设备阵列来读取输入数据（例如引力波）时，MKID 比 TES 传感器更具优势。 

现在我们已经探索了 NIST 希望用于空间应用的一些传感器技术，让我们看看它支持哪些程序。 

NIST 正在进行的太空项目 

NIST 有各种旨在在恶劣条件下使用的项目，例如在太空中。 

其中一个项目是 NIST来自量子传感器组(QSG)的量子微量热仪。 

该项目涉及开发超导传感器，该传感器将在极低的温度下检测单光子的能量。自 2010 年以来，QSG 科学家研究并部署了光谱仪和超导传感器，以从低温环境中的能量中收集高光谱分辨率的响应。 

该项目的最新进展是 NIST 研究人员研究了将 TES 技术添加到 X 射线光谱仪的效果。 

结果表明，之前由锗微量热计组成的电子束离子阱(EBIT) 模型与新添加的基于 TES 的 EBIT 相比，其有效面积增加了 30%，以实现精确测量。通过添加 TES IC，研究人员提高了整体能量分辨率。  

安装在 EBIT 上的 X 射线示例。图片由NIST 提供

另一个独特的 NIST 项目是长波长探测器项目。该项目侧重于利用 NIST 的多路复用读出技术检测毫米级光波的大型传感器阵列。 

这些传感器有助于在宇宙中找到精确的测量值，但也可以帮助远程检测特定项目。 

例如，这组研究人员设计了一个视频成像系统原型，用于在 28 米外探测隐藏的武器和其他威胁。虽然这个原型属于安全协议应用，但研究人员可以用它来检测太空中的不明物体，这些物体可能会在大规模布置中损坏卫星甚至轨道上的航天器。  

该项目的最新成果是在 2017 年。 这些 NIST 研究人员因开发和部署世界上第一台基于 CMB 的多色相机而获得认可，该相机在 21 个不同的望远镜中配备了 550,000 个大型探测器，以测量我们宇宙中物质簇随时间的增长. 这种用途可以帮助世界各地的科学家获得有关暗物质和暗能量的新信息。 

通过持续的研究和开发，NIST 研究人员可以协助天体物理学家和宇宙学家拼凑从空间应用中获得的各种形式的信息。