अंतरिक्ष में लंबे समय तक लेजर क्यों नहीं चलता?

Jan 20 2021

एक समाचार लेख रिपोर्ट करता है कि

OSIRIS-REx अंतरिक्ष यान के लिए दो लेज़रों से लैस था, ताकि वह चट्टान से टकरा सके और इसकी लैंडिंग और नमूने की पैंतरेबाज़ी को सुविधाजनक बनाने के लिए प्रतिध्वनि का अध्ययन कर सके। ...

अधिकांश पराबैंगनीकिरण अंतरिक्ष में लंबे समय तक नहीं रहते हैं , इसलिए एक दशक से पुराने अंतरिक्ष यान पर दो काम करने वाले पराबैंगनीकिरण दुर्लभ है, [ओएसआईआरआईएस-आरईएक्स के लिए प्रमुख अन्वेषक] डांटे लॉरेटा ने कहा। "दो ताजा पराबैंगनीकिरणों के बाद, जिनका हमने कभी उपयोग नहीं किया है, मैं वास्तव में इसके बारे में उत्साहित हूं।"

एक अंतरिक्ष यान पर जब इस तरह के एक लेजर का जीवन छोटा होता है?
(ऐसा लगता है कि क्या छोटा है इसका कामकाजी जीवन; यह बंद होते समय बिगड़ता नहीं है।)

यह एक LIDAR उर्फ लेजर रेंज अल्टीमीटर, "OLA" है।
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

जवाब

30 KarlKastor Jan 20 2021 at 08:48

पेपर "लेज़र टेक्नोलॉजी इन फोटोनिक एप्लीकेशन्स फ़ॉर स्पेस" डेनिस गुइलोट और पोल रिबस-प्लीगेज़ुएलो द्वारा अंतरिक्ष में लेजर की कुछ समस्याओं पर प्रकाश डाला गया है:

लेजर डायोड के विशिष्ट मामले में, लेजर चिप को पैकेज करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला इंडियम अत्यधिक तापमान रेंज के मामले में इंडियम रेंगने वाले व्यवहार के कारण जोखिम का प्रतिनिधित्व कर सकता है जो घातक उपकरण विफलता का कारण बन सकता है [135]। इसके अलावा, उच्च वैक्यूम शासन भी निर्जलीकरण [137] के कारण घटकों के रासायनिक और भौतिक गुणों में परिवर्तन कर सकते हैं। लेजर क्रिस्टल और फाइबर के लिए एक और आम मुद्दा विकिरण अवशोषण के कारण ऑप्टिकल घटकों में उत्पादित फोटोडर्कनिंग प्रभाव है। विभिन्न डोपिंग अनुपात [138,139] के साथ विभिन्न लेजर सामग्रियों पर कई प्रकार के विकिरण के प्रभावों पर कई अध्ययन किए गए हैं, जो कि फोटोनिक स्पेस इंजीनियरों को अपनी विधानसभाओं के लिए सर्वश्रेष्ठ उम्मीदवारों का चयन करने के लिए जांचना चाहिए। हालांकि, इस क्षेत्र को आसानी से हल करने वाले घटकों में सुधार करके हल किया जा सकता है,घटकों की रक्षा करने वाली सामग्री की अतिरिक्त परतों के कारण बढ़ी हुई मोटाई एकीकृत डिवाइस के वजन को बढ़ाती है, और अक्सर इसका आकार और लागत। उस कारण से, घटकों को सावधानीपूर्वक मिशन विकिरण बजट के साथ इष्टतम मैच के लिए चुना जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि लेजर उत्पादन अतिरिक्त परिरक्षण के कारण अनावश्यक लागत में आए बिना मिशन के लंबे परिचालन अवधि में आवश्यक विनिर्देशों को बनाए रखता है।घटकों को सावधानीपूर्वक मिशन विकिरण बजट के साथ इष्टतम मैच के लिए चुना जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि लेजर उत्पादन अतिरिक्त परिरक्षण के कारण अनावश्यक लागत में आए बिना मिशन के लंबे परिचालन अवधि में आवश्यक विनिर्देशों को बनाए रखता है।घटकों को सावधानीपूर्वक मिशन विकिरण बजट के साथ इष्टतम मैच के लिए चुना जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि लेजर उत्पादन अतिरिक्त परिरक्षण के कारण अनावश्यक लागत में आए बिना मिशन के लंबे परिचालन अवधि में आवश्यक विनिर्देशों को बनाए रखता है।

[...]

विश्वसनीयता और लागत कारक दोनों महत्वपूर्ण आवश्यकताएं हैं जो अक्सर डिजाइन की पसंद को प्रभावित करती हैं, पूर्व भी दक्षता व्यापार को प्रभावित करती है जो जीवन भर के लिए डी-रेटिंग के संदर्भ में किए जाने की आवश्यकता होती है।

Mizuno एट अल द्वारा पेपर "हेबैबुसा 2 के लिए लेजर अल्टीमीटर (LIDAR) का विकास" । यह बताता है कि SELENE चंद्र ऑर्बिटर पर लेजर अल्टीमीटर कैसे विफल हुआ, क्योंकि लेजर डायोड (LD) बिगड़ गया था:

यह ज्ञात है कि एक उच्च-शक्ति अर्ध-निरंतर तरंग लेजर में एलडी संख्या दोलनों के साथ खराब हो जाएगी, इस प्रकार आउटपुट कम हो जाएगा; आम तौर पर बोलना, एक एलडी का उपयोगी जीवनकाल के बारे में है ($10^{9}$) शॉट्स। SELENE पर LALT के मामले में, हालाँकि, लेज़र पावर में तेज़ी से कमी आने लगी ($10^{7}$) ऑर्बिट में शॉट्स, भले ही लेजर पावर को बनाए रखा गया था ($10^{8}$) प्रीफ्लाइट परीक्षणों में शॉट्स। हमने एलडी आउटपुट के बिगड़ने के लिए इसे जिम्मेदार ठहराया

[...]

हमें लेजर से जुड़ी कई समस्याओं से निपटने की जरूरत थी। अर्थात्, (1) तापमान परिवर्तन के लिए इसकी भेद्यता, (2) यांत्रिक तनाव के प्रति इसकी भेद्यता, और (3) एलडी का क्षरण। [...] समस्या के बारे में (3), एलडी का क्षरण, हम गिरावट के सटीक कारण की पहचान करने में असमर्थ थे।

सामान्य तौर पर, लेजर डायोड तापमान परिवर्तन और विकिरण से प्रभावित होते हैं। उच्च तापमान पर अन्न क्रिस्टल में दोषों को ठीक कर सकता है, लेकिन यह हमेशा काम नहीं करता है: (एक ही कागज से)