Lazerler neden uzayda uzun süre dayanmıyor?
Bir haber makalesi şunu bildiriyor:
OSIRIS-REx, uzay aracının kayadan fırlaması ve iniş ve örnekleme manevrasını kolaylaştırmak için yankıyı çalışması için iki lazerle donatıldı. ...
Dante Lauretta [OSIRIS-REx baş müfettişi], çoğu lazer uzayda uzun süre dayanmaz , bu yüzden on yıldan daha eski bir uzay aracında çalışan iki lazerin bulunması nadirdir. "Daha önce hiç kullanmadığımız iki yeni lazere sahip olduğum için aslında bu konuda heyecanlıyım."
Bir uzay aracındayken böyle bir lazerin ömrünü kısaltan nedir?
(Kısaltılmış olan çalışma ömrü gibi görünüyor; kapalıyken bozulmuyor.)
Bu bir LIDAR aka lazer mesafe altimetre, "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
Yanıtlar
Denis Guilhot ve Pol Ribes-Pleguezuelo'nun "Uzay İçin Fotonik Uygulamalarda Lazer Teknolojisi" başlıklı makalesi , uzayda lazerlerin bazı sorunlarına dikkat çekiyor:
Özel lazer diyot durumunda, lazer çipini paketlemek için kullanılan indiyum, ölümcül cihaz arızasına yol açabilen indiyum sürünme davranışı nedeniyle aşırı sıcaklık aralıklarında bir risk oluşturabilir [135]. Dahası, yüksek vakum rejimleri dehidrasyon nedeniyle bileşenlerin kimyasal ve fiziksel özelliklerinde değişikliklere bile neden olabilir [137]. Lazer kristalleri ve fiberleri için diğer bir yaygın sorun, radyasyon absorpsiyonuna bağlı olarak optik bileşenlerde üretilen ışıkla karartma etkisidir. Fotonik uzay mühendislerinin montajları için en iyi adayları seçmek için kontrol etmeleri gereken, farklı doping oranlarına sahip çeşitli lazer malzemeleri [138,139] üzerinde çeşitli radyasyon türlerinin etkileri üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Bu sorun, bileşenlerin korunmasını geliştirerek kolayca çözülebilir, ancak,Bileşenleri koruyan ekstra malzeme katmanlarının neden olduğu artan kalınlık, entegre cihazın ağırlığını ve sıklıkla boyutunu ve maliyetini arttırır. Bu nedenle, ekstra korumanın neden olduğu gereksiz maliyete maruz kalmadan, lazer çıktısının görevin uzun operasyonel süresi boyunca gerekli özellikleri korumasını sağlamak için, bileşenlerin görev radyasyon bütçeleriyle optimum eşleşme için dikkatlice seçilmesi gerekir.Lazer çıktısının, ekstra korumanın neden olduğu gereksiz maliyete maruz kalmadan görevin uzun operasyonel süresi boyunca gerekli özellikleri korumasını sağlamak için, görev radyasyon bütçeleriyle optimum eşleşme için bileşenler dikkatlice seçilmelidir.Lazer çıktısının, ekstra korumanın neden olduğu gereksiz maliyete maruz kalmadan görevin uzun operasyonel süresi boyunca gerekli özellikleri korumasını sağlamak için, görev radyasyon bütçeleriyle optimum eşleşme için bileşenler dikkatlice seçilmelidir.
[...]
Hem güvenilirlik hem de maliyet faktörleri, genellikle tasarım seçimini büyük ölçüde etkileyen önemli gereksinimlerdir; ilki, ömür boyu derecelendirmenin azaltılması açısından yapılması gereken verimlilik ticaretini de etkiler.
Mizuno ve ark. Tarafından yazılan "Hayabusa2 için Lazer Altimetre (LIDAR) Geliştirilmesi" makalesi . SELENE Ay yörünge aracı üzerindeki lazer altimetrenin Lazer Diyotu (LD) bozulduğu için nasıl başarısız olduğunu açıklar:
Yüksek güçlü yarı sürekli dalga lazerinde LD'nin salınım sayısı ile bozulacağı, dolayısıyla çıktıyı azaltacağı bilinmektedir; genel olarak konuşursak, bir LD'nin yararlı ömrü ($10^{9}$) çekim. Bununla birlikte, SELENE üzerindeki LALT durumunda, lazer gücü yaklaşık ($10^{7}$) lazer gücü korunmuş olsa bile yörüngedeki atışlar ($10^{8}$) ön kontrol testlerinde çekimler. Bunu LD çıktısının bozulmasına bağladık
[...]
Lazerle ilgili birkaç problemle başa çıkmamız gerekiyordu. Yani, (1) sıcaklık değişimine karşı savunmasızlığı, (2) mekanik gerilime karşı savunmasızlığı ve (3) LD'nin bozulması. [...] Problem (3), LD'nin bozulmasıyla ilgili olarak, bozulmanın kesin nedenini belirleyemedik.
Genelde lazer diyotlar sıcaklık değişimlerinden ve radyasyondan etkilenir. Daha yüksek bir sıcaklıkta tavlama, kristaldeki kusurları düzeltebilir, ancak her zaman işe yaramaz: (aynı kağıttan)
Ancak lazer modülün termal vakum testlerinde lazer sıcaklığı 10 ° C veya altına düştüğünde lazerin çıkış gücü azalmıştır. Ayrıca Pockels hücrelerinin yok olma oranının bozulması nedeniyle, oda sıcaklığına döndükten sonra bile lazer çıktısının düzelmediği bir hata bulduk.