久木光谱行星观测卫星运行结束
岛津衍射光栅十年贡献

2023年12月，行星光谱观测卫星“久木”结束了为期10年的服役。观测所需的光谱仪的核心部件，是由岛津制作所所开发的衍射光栅。

JAXA、大学研究人员以及岛津工作人员。回顾了15年来的Hisaki项目，并互相致谢。

2025年3月，来自宇宙航空研究开发机构（JAXA）、东京大学、东北大学和立教大学的6名研究人员访问岛津制作所，向岛津员工汇报了“久崎”号的成果，并公布了下一代型号的开发构想。此外，他们还与15年前启动该项目的原开发团队成员以及其他岛津工作人员进行了交流。

 

支持岛津的衍射光栅
确定行星起源的观测

JAXA研究人员在岛津制作所进行演讲

据称，太阳系最初形成时，金星和火星与地球非常相似，拥有充足的空气和水。然而，数十亿年前，金星变成了一颗灼热的行星，表面温度超过450℃，火星则变成了一颗冰冷的行星，温度低于-50℃。

是什么造成了如此巨大的温差？为什么地球是浩瀚宇宙中唯一一个拥有适宜生命生存环境的地方？如果我们能解答这些问题，或许就能探讨遥远未来的地球会是什么样子。这正是一些研究人员在将久木号送入太空时所思考的问题。

“久木”是世界上第一台用于行星观测的太空望远镜，配备了由JAXA开发的极紫外光谱仪。虽然被称为望远镜，但“久木”实际上并不能拍摄行星的照片。它仅限于通过光谱测量来研究目标行星的大气和磁场特性。岛津制作所的设备部门负责开发衍射光栅，而衍射光栅是该光谱仪的核心设备。

岛津制作所于50年前开始生产衍射光栅，这是一种像彩虹一样闪耀光学器件

衍射光栅是将光（单色）分离成各个波长的技术中必不可少的光学元件。单色化是一项分析技术，它不仅对化学、生物和其他研究至关重要，而且对于半导体、材料、激光和光通信等众多其他行业的进步也至关重要。

制造衍射光栅需要非常复杂的加工技术，包括将薄膜烧结到基板上，以及切割微米级（千分之一毫米）的凹槽。岛津自1975年左右开始与日本理化学研究所（RIKEN）合作开展联合研究，并最终开发出新的制造技术并获得专利。之后，岛津开始独立生产衍射光栅。随着衍射光栅制造技术的不断改进，它们逐渐成为岛津独特的光谱测量系统的重要组成部分。

源于满足客户需求的决心

在太空的特殊环境下使用的衍射光栅需要极其严格的规格。久木的测量目标是极紫外光，这种光的波长非常短，由于大气干扰，在地球上无法测量。即使寻遍全球，找到能够将如此短的波长单色化的衍射光栅光源也并非易事。因此，世界各地的衍射光栅制造商日复一日地拒绝了久木团队开发此类衍射光栅的请求。

当时担任久崎项目经理的JAXA副教授山崎淳回忆道：“我们第一次联系岛津时，岛津并没有立即拒绝我们，而是主动询问了项目进展。就这样，项目开始了。”

久崎号上安装的衍射光栅的规格是，将化学气相沉积 (CVD) 薄膜烘烤到表面为非球面的特殊碳化硅 (SiC) 基板上，然后每毫米刻出 1800 个凹槽。凹槽的峰谷宽度仅为 0.556 µm*。此外，还对刻槽后的反射面光滑度提出了严格的要求。山崎笑着回忆道：“要求连普通验证工具都无法测量的规格水平，真是荒谬。”

*1µm=0.001mm

岛津制作所销售与营销部全国销售部工业销售单元副经理 Naotaka Murata

当时负责该项目的销售员村田直隆一边翻阅着旧邮件，一边笑着说道：“要求确实是最高难度的。不过，我们身上一直秉承着创始人第一代岛津源藏的精神，‘客户要求什么，我们就生产什么’。我记得当时包括我在内的团队成员都积极响应，说‘先试试吧，万一失败了再说吧。’”

接受我们的第一个太空项目的挑战导致了一系列的困难

岛津制作所设备部总经理 Hiroyuki Sasai

实际开发一开始，就遇到了一连串的困难。当时担任总工程师的笹井回忆道：“除了订购样品本身就很困难之外，即使按照订单制造出来，也会出现各种各样的问题，比如无法获得令人满意的数据。因此，我们花了大约一年半的时间反复制作和验证原型机，才最终成功。然而，正是这份额外的努力，让‘久木’最终被发射到宇宙时，我们更加欣喜。”

久木的任务是确保活动部件的可靠性为一年，非活动部件的可靠性为三年，但这导致其在太空中获得了长达十年的连续测量数据。利用久木测量数据的科学论文数量已达67篇（包括截至2025年1月发表在《科学》和《自然·通讯》上的论文）。

山崎淳说道：“尽管我们向岛津提出了诸多苛刻的要求，但他们仍然坚持与我们合作，并以专业的技术知识给予了回应。他们总是乐于工作，这使得我们之间的交流变得轻松愉快。这次访问也给我留下了同样的印象。我希望岛津永远不变。对于我们这些致力于打造世界上独一无二的光谱仪的人来说，他们真的非常珍贵。”

后排从左至右依次为东北大学助理教授键谷正人、立教大学教授龟田慎吾、JAXA助理教授村上刚、东北大学教授土屋文则、岛津制作所所的村田直孝和牧野义孝。
前排从左至右依次为东京大学副教授吉冈一男、日本宇宙航空研究开发机构副教授山崎厚、岛津制作所所的笹井宏之和大上优辉。