Dlaczego lasery nie wytrzymują długo w kosmosie?
A aktualności artykuł donosi, że
OSIRIS-REx został wyposażony w dwa lasery, dzięki którym sonda wystrzeliła ze skały i zbadała echo, aby ułatwić jej lądowanie i manewr pobierania próbek. ...
Większość laserów nie trwa długo w kosmosie , więc posiadanie dwóch działających laserów na statku kosmicznym starszym niż dziesięć lat jest rzadkością, [główny badacz OSIRIS-REx] powiedział Dante Lauretta. „Mając dwa nowe lasery, których nigdy nie używaliśmy, jestem tym podekscytowany”.
Co skraca żywotność takiego lasera, gdy znajduje się on na statku kosmicznym?
(Wygląda na to, że to, co jest skrócone, to jego żywotność; nie pogarsza się, gdy jest wyłączony).
To LIDAR, czyli wysokościomierz laserowy, „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
Odpowiedzi
Artykuł „Technologia laserowa w zastosowaniach fotonicznych w przestrzeni kosmicznej” autorstwa Denisa Guilhota i Pol Ribes-Pleguezuelo zwraca uwagę na niektóre problemy laserów w kosmosie:
W konkretnym przypadku diod laserowych ind używany do pakowania chipa laserowego może stanowić zagrożenie w przypadku skrajnych zakresów temperatur z powodu pełzania indu, które może prowadzić do śmiertelnej awarii urządzenia [135]. Ponadto reżimy wysokiej próżni mogą nawet powodować zmiany właściwości chemicznych i fizycznych komponentów w wyniku odwodnienia [137]. Innym częstym problemem związanym z kryształami i włóknami laserowymi jest efekt fotociemnienia wytwarzany w elementach optycznych w wyniku absorpcji promieniowania. Przeprowadzono wiele badań nad wpływem kilku rodzajów promieniowania na różne materiały laserowe o różnych współczynnikach domieszkowania [138,139], które inżynierowie przestrzeni fotonicznej powinni sprawdzić, aby wybrać najlepszych kandydatów do swoich zespołów. Ten problem można łatwo rozwiązać, poprawiając ekranowanie komponentów, jednakzwiększona grubość spowodowana dodatkowymi warstwami materiału chroniącego komponenty zwiększa wagę zintegrowanego urządzenia, a często jego rozmiar i koszt. Z tego powodu komponenty muszą być starannie dobrane, aby optymalnie dopasować się do budżetów promieniowania misji, aby zapewnić, że moc lasera zachowa wymagane specyfikacje przez długi okres operacyjny misji bez ponoszenia niepotrzebnych kosztów spowodowanych dodatkowym ekranowaniem.komponenty muszą być starannie dobrane w celu optymalnego dopasowania do budżetów promieniowania misji, aby zapewnić, że moc wyjściowa lasera zachowa wymagane specyfikacje przez długi okres operacyjny misji, bez ponoszenia niepotrzebnych kosztów spowodowanych dodatkowym ekranowaniem.komponenty muszą być starannie dobrane w celu optymalnego dopasowania do budżetów promieniowania misji, aby zapewnić, że moc wyjściowa lasera zachowa wymagane specyfikacje przez długi okres operacyjny misji, bez ponoszenia niepotrzebnych kosztów spowodowanych dodatkowym ekranowaniem.
[…]
Zarówno niezawodność, jak i czynniki kosztowe są ważnymi wymaganiami, które często w znacznym stopniu wpływają na wybór projektu, przy czym ten pierwszy ma również wpływ na handel wydajnością, którego należy dokonać pod względem obniżenia wartości na cały okres użytkowania.
Artykuł „Development of the Laser Altimeter (LIDAR) for Hayabusa2” autorstwa Mizuno et al. opisuje, w jaki sposób wysokościomierz laserowy na księżycowym orbicie SELENE zawiódł, ponieważ dioda laserowa (LD) uległa pogorszeniu:
Wiadomo, że LD w laserze quasi-ciągłym o dużej mocy będzie się pogarszać wraz z liczbą oscylacji, zmniejszając w ten sposób moc wyjściową; ogólnie rzecz biorąc, okres użytkowania LD wynosi około ($10^{9}$) strzały. Jednak w przypadku LALT na SELENE moc lasera zaczęła gwałtownie spadać około ($10^{7}$) strzela na orbitę, mimo że moc lasera była utrzymywana powyżej ($10^{8}$) strzały w testach przed lotem. Przypisaliśmy to pogorszeniu produkcji LD
[…]
Musieliśmy uporać się z kilkoma problemami związanymi z laserem. Mianowicie (1) jego wrażliwość na zmiany temperatury, (2) jego podatność na naprężenia mechaniczne i (3) degradacja LD. […] Jeśli chodzi o problem (3), degradację LD, nie byliśmy w stanie określić dokładnej przyczyny degradacji.
Ogólnie na diody laserowe mają wpływ zmiany temperatury i promieniowanie. Wyżarzanie w wyższej temperaturze może naprawić defekty kryształu, ale nie zawsze działa: (z tego samego papieru)
Jednak w termicznych testach próżniowych modułu laserowego moc wyjściowa lasera spadła, gdy temperatura lasera spadła do 10 ° C lub mniej. Znaleźliśmy również usterkę polegającą na tym, że moc lasera nie wracała nawet po powrocie do temperatury pokojowej z powodu degradacji współczynnika ekstynkcji komórek Pockels