美國研究撞擊閃光光譜分析技術 可望用於飛彈防禦及隕石成分辨識

美國研究撞擊閃光光譜技術 應用前景涵蓋飛彈防禦與太空科學

美國西南研究院（Southwest Research Institute, SwRI）的研究人員正在深入研究高速碰撞所產生的撞擊閃光（impact flash）。研究團隊指出，對光學撞擊閃光的理解取得突破性進展，將對飛彈防禦系統帶來重大助益，使其能夠判斷被攔截飛彈及其彈頭的材料組成。此外，這項研究也可幫助科學家根據成分分析，辨識撞擊行星或衛星表面的隕石或小行星來源。

撞擊能量產生可分析的閃光

SwRI 機械工程部首席工程師 Pablo Bueno 博士表示：「當隕石撞擊月球或行星表面時，撞擊能量會產生閃光，釋放出大量能量，使其組成材料的化學特徵在不同波長下清晰可見。」

研究人員揭示，撞擊閃光是傳統速度與超高速撞擊都會產生的物理現象。閃光的發射特性與目標物的組成有關，因此透過光譜儀量測所取得的光譜數據，可用於辨識碰撞中涉及的材料。

Bueno 與 SwRI 資深研究工程師 Roberto Enriquez-Vargas 近期完成了一項由 SwRI 內部資助的計畫，成功開發並優化利用高速光譜技術分析超高速撞擊中光輻射的方法。由於超高速撞擊產生的閃光通常僅持續數微秒，研究團隊必須在極短的時間窗口內快速且精確地捕捉光譜數據。

雷射觸發系統實現奈秒級精準量測

Bueno 與 Enriquez-Vargas 使用 SwRI 兩具二級輕氣砲（two-stage light-gas gun）來模擬飛彈打擊或小行星撞擊的超高速碰撞。其中大型砲管系統可產生高達每秒 7 公里（時速 15,660 英里）的速度，整體系統長達 22 公尺（72 英尺），傳統上用於彈道學研究。

由於撞擊發生極為迅速且閃光衰減極快，研究團隊開發了一套雷射觸發系統，能夠精確偵測撞擊發生的瞬間，將撞擊時間量測精度控制在 100 奈秒（一億分之一秒）以內。

Bueno 解釋：「較厚的目標物會產生更明亮、持續時間更長的閃光。較高的大氣壓力會在光譜中產生更寬且更厚的發射譜線，而且在許多情況下，高溫材料的表現與室溫下被撞擊時截然不同。」

鋁與銅的特徵譜線成功量測

研究團隊成功開發並測試了雷射觸發方案，實證撞擊後 100 奈秒內的精準計時能力。團隊也揭示，鋁和銅的強發射譜線已被量測並定性，誤差範圍控制在其公開數值的 ±2 奈米以內。其中鋁在 396 奈米附近的雙峰線（doublet）以及銅在 515 奈米附近的三重峰線（triplet）被選定為後續實驗測試矩陣中最佳的分析譜線。

此外，拋射體飛行速度、大氣壓力及大氣組成等參數的影響也已被記錄。研究結果顯示，這些參數會影響發射譜線的振幅與寬度，部分成果已滿足該計畫的第三項指標要求。

這項研究不僅為飛彈防禦系統提供了全新的即時分析手段，也為太空科學中隕石與小行星的成分辨識開闢了新途徑，展現了高速光譜技術在國防與科學領域的雙重應用潛力。

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