Por que os lasers não duram muito no espaço?

Question

Um artigo de notícias relata que

O OSIRIS-REx foi equipado com dois lasers para a espaçonave disparar da rocha e estudar o eco para facilitar seu pouso e manobra de amostragem. ...

A maioria dos lasers não dura muito no espaço , então ter dois lasers funcionando em uma espaçonave com mais de uma década é raro, [o principal investigador do OSIRIS-REx] Dante Lauretta disse. "Ter dois lasers novos que nunca usamos, estou realmente empolgado com isso."

O que encurta a vida de tal laser, quando está em uma espaçonave?
(Parece que o que foi encurtado é sua vida útil; ele não se deteriora quando desligado.)

É um LIDAR, também conhecido como altímetro de alcance a laser, "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

Answer 1

O artigo "Tecnologia Laser em Aplicações Fotônicas para o Espaço", de Denis Guilhot e Pol Ribes-Pleguezuelo, destaca alguns dos problemas dos lasers no espaço:

No caso específico dos diodos de laser, o índio usado para embalar o chip do laser pode representar um risco em caso de faixas de temperaturas extremas devido ao comportamento de fluência do índio que pode levar à falha fatal do dispositivo [135]. Além disso, regimes de alto vácuo podem até causar mudanças nas propriedades químicas e físicas dos componentes devido à desidratação [137]. Outro problema comum para os cristais e fibras de laser é o efeito de fotodestruição produzido em componentes ópticos devido à absorção de radiação. Muitos estudos foram realizados sobre os efeitos de vários tipos de radiação em vários materiais de laser com diferentes taxas de dopagem [138,139], que os engenheiros espaciais fotônicos devem verificar a fim de selecionar os melhores candidatos para suas montagens. Este problema pode ser facilmente resolvido melhorando a blindagem dos componentes, no entanto,o aumento da espessura causado pelas camadas extras de material protegendo os componentes aumenta o peso do dispositivo integrado e, freqüentemente, seu tamanho e custo. Por esse motivo, os componentes devem ser cuidadosamente selecionados para uma combinação ideal com os orçamentos de radiação da missão para garantir que a saída do laser mantenha as especificações necessárias durante o longo período operacional da missão, sem incorrer em custos desnecessários causados ​​por blindagem extra.os componentes devem ser cuidadosamente selecionados para uma combinação ideal com os orçamentos de radiação da missão para garantir que a saída do laser mantenha as especificações necessárias durante o longo período operacional da missão, sem incorrer em custos desnecessários causados ​​por blindagem extra.os componentes devem ser cuidadosamente selecionados para uma combinação ideal com os orçamentos de radiação da missão para garantir que a saída do laser mantenha as especificações necessárias durante o longo período operacional da missão, sem incorrer em custos desnecessários causados ​​por blindagem extra.

[...]

Os fatores de confiabilidade e custo são requisitos importantes que muitas vezes afetam muito a escolha do projeto, o primeiro também afetando o comércio de eficiência que precisa ser feito em termos de redução para o tempo de vida.

O artigo "Desenvolvimento do Altímetro Laser (LIDAR) para Hayabusa2" por Mizuno et al. descreve como o altímetro a laser no orbitador lunar SELENE falhou, porque o Diodo Laser (LD) se deteriorou:

Sabe-se que o LD em um laser de onda quase contínua de alta potência se deteriora com o número de oscilações, diminuindo a produção; de modo geral, a vida útil de um LD é sobre ($10^{9}$) tiros. No caso do LALT em SELENE, no entanto, a potência do laser começou a diminuir rapidamente por volta de ($10^{7}$) tiros em órbita, mesmo que a potência do laser tenha sido mantida ($10^{8}$) tiros em testes de pré-voo. Atribuímos isso à deterioração da produção de LD

[...]

Precisávamos lidar com vários problemas relacionados ao laser. A saber, (1) sua vulnerabilidade à mudança de temperatura, (2) sua vulnerabilidade ao estresse mecânico e (3) degradação do LD. [...] em relação ao problema (3), degradação do LD, não conseguimos identificar a causa exata da degradação.

Em geral, os diodos laser são afetados por mudanças de temperatura e radiação. O recozimento a uma temperatura mais alta pode corrigir defeitos no cristal, mas nem sempre funciona: (do mesmo papel)

However, in thermal vacuum tests of the laser module, the output power of the laser decreased when the laser temperature was decreased to 10 °C or less. We also found a fault in which laser output did not recover even after returning to room temperature, due to degradation of the extinction ratio of the Pockels cells