¿Por qué los láseres no duran mucho en el espacio?
Un artículo de noticias informa que
OSIRIS-REx estaba equipado con dos láseres para que la nave espacial disparara la roca y estudiara el eco para facilitar su maniobra de aterrizaje y muestreo. ...
La mayoría de los láseres no duran mucho en el espacio , por lo que tener dos láseres en funcionamiento en una nave espacial de más de una década es poco común, dijo Dante Lauretta [investigador principal de OSIRIS-REx]. "Tener dos láseres nuevos que nunca hemos usado, en realidad estoy un poco emocionado por eso".
¿Qué acorta la vida útil de un láser de este tipo cuando está en una nave espacial?
(Parece que lo que se acorta es su vida útil; no se deteriora cuando está apagado).
Es un altímetro de rango láser LIDAR, también conocido como "OLA".
https://www.asteroidmission.org/objectives/instruments/
https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-017-0375-3
https://www.asteroidmission.org/wp-content/uploads/2016/05/OLA-Schematic.png
Respuestas
El artículo "Tecnología láser en aplicaciones fotónicas para el espacio" de Denis Guilhot y Pol Ribes-Pleguezuelo destaca algunos de los problemas de los láseres en el espacio:
En el caso específico de los diodos láser, el indio utilizado para empaquetar el chip láser podría representar un riesgo en caso de rangos de temperaturas extremas debido al comportamiento de fluencia del indio que puede conducir a fallas fatales del dispositivo [135]. Además, los regímenes de alto vacío pueden incluso provocar cambios en las propiedades químicas y físicas de los componentes debido a la deshidratación [137]. Otro problema común para los cristales y las fibras láser es el efecto de fotooscuro que se produce en los componentes ópticos debido a la absorción de la radiación. Se han realizado muchos estudios sobre los efectos de varios tipos de radiación en varios materiales láser con diferentes relaciones de dopaje [138,139], que los ingenieros espaciales fotónicos deberían comprobar para seleccionar los mejores candidatos para sus ensamblajes. Este problema se puede resolver fácilmente mejorando el blindaje de los componentes, sin embargo,el aumento de espesor causado por las capas adicionales de material que protegen los componentes aumenta el peso del dispositivo integrado y, con frecuencia, su tamaño y costo. Por esa razón, los componentes deben seleccionarse cuidadosamente para que coincidan de manera óptima con los presupuestos de radiación de la misión para garantizar que la salida del láser mantenga las especificaciones requeridas durante el largo período operativo de la misión sin incurrir en costos innecesarios causados por un blindaje adicional.los componentes deben seleccionarse cuidadosamente para que coincidan de manera óptima con los presupuestos de radiación de la misión para garantizar que la salida del láser mantenga las especificaciones requeridas durante el largo período operativo de la misión sin incurrir en costos innecesarios causados por el blindaje adicional.los componentes deben seleccionarse cuidadosamente para que coincidan de manera óptima con los presupuestos de radiación de la misión para garantizar que la salida del láser mantenga las especificaciones requeridas durante el largo período operativo de la misión sin incurrir en costos innecesarios causados por el blindaje adicional.
[...]
Tanto la confiabilidad como los factores de costo son requisitos importantes que a menudo afectan en gran medida la elección del diseño, el primero también afecta el comercio de eficiencia que se debe realizar en términos de reducción de la calificación de por vida.
El artículo "Desarrollo del altímetro láser (LIDAR) para Hayabusa2" de Mizuno et al. describe cómo falló el altímetro láser del orbitador lunar SELENE, debido a que el diodo láser (LD) se deterioró:
Se sabe que el LD en un láser de onda cuasi-continua de alta potencia se deteriorará con el número de oscilaciones, disminuyendo así la salida; En términos generales, la vida útil de un LD se trata de ($10^{9}$) disparos. Sin embargo, en el caso de LALT en SELENE, la potencia del láser comenzó a disminuir rápidamente a aproximadamente ($10^{7}$) disparos en órbita, a pesar de que la potencia del láser se mantuvo durante ($10^{8}$) disparos en las pruebas previas al vuelo. Atribuimos esto al deterioro de la producción de LD
[...]
Necesitábamos hacer frente a varios problemas relacionados con el láser. A saber, (1) su vulnerabilidad al cambio de temperatura, (2) su vulnerabilidad al estrés mecánico y (3) la degradación de la LD. [...] Con respecto al problema (3), degradación del LD, no pudimos identificar la causa exacta de la degradación.
En general, los diodos láser se ven afectados por los cambios de temperatura y la radiación. El recocido a una temperatura más alta puede corregir defectos en el cristal, pero no siempre funciona: (del mismo papel)
Sin embargo, en las pruebas de vacío térmico del módulo láser, la potencia de salida del láser disminuyó cuando la temperatura del láser se redujo a 10 ° C o menos. También encontramos una falla en la que la salida del láser no se recuperó incluso después de volver a la temperatura ambiente, debido a la degradación del índice de extinción de las células de Pockels