Wie schnell werden optische Oberflächen im Weltraum verschmutzt oder beschädigt?

Es handelt sich um einen Verwitterungsprozess („Weltraumverwitterung“) und diese sind schwer vorhersagbar. Sie verändern im Laufe der Zeit Oberflächen luftleerer Körper. Ich würde aber davon ausgehen, dass die Lebensdauer der Objekte, die wir in den Weltraum bringen, zu kurz ist (Jahre bis Jahrzehnte), um sie allein durch Verwitterung unbrauchbar zu machen, wenn nicht einzelne Ereignisse dazwischenkommen. Obwohl sie im Laufe ihres Lebens eine gewisse Verschlechterung erleiden werden. Ich würde davon ausgehen, dass dies bei jedem Einsatz geprüft und abgewogen wird.

Edit: Wenn du darauf bestehst, los geht's:

https://sservi.nasa.gov/articles/space-weathering-on-airless-bodies/

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016JE005128

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015aste.book..597B/abstract

... und andere Arbeiten, zB zur Veränderung basaltischer Körper und oder kometenartiger Schneebälle, Beeinflussung organischer Verbindungen etc.

Während diese Art der Verwitterung ein langsamer Prozess ist, würden in LEO und höher zusätzlich Gase aus der Erdatmosphäre und Partikel aus anderen Raumfahrzeugen vorhanden sein, populär gesprochen „Weltraumschrott“ von der Größe eines Moleküls bis hin zu übriggebliebenen Raketenstufen. Otoh, geladene Teilchen werden vom Magnetfeld der Erde abgelenkt.

Das Problem bei diesen Prozessen (insbesondere der Verwitterung) ist, dass sie schwer vorherzusagen sind. Genauso wie Kollisionen mit Teilchen.

Ich fürchte also, eine genaue Antwort auf Ihre Frage gibt es nicht.

Vom ersten Link. Obwohl das Substrat eher Gestein als Glas ist, hebt es die vorherrschenden Prozesse hervor und deutet auf die Komplexität des Problems hin.

Die komplexe Reihe von Prozessen, die bei der Weltraumverwitterung von luftlosen Körpern beteiligt sind. Typische Böden sind partikulär, aber in ihrer Zusammensetzung heterogen. (links) Dominante Prozesse, die die Mondoberfläche bei 1 AE beeinflussen [nach Noble, 2004]. (rechts) Das breite Spektrum an Oberflächenprozessen, von denen angenommen wird, dass sie im gesamten Sonnensystem aktiv sind, jedoch mit unterschiedlichem Grad an Bedeutung für bestimmte Umgebungen.

Neben dem von ebv beschriebenen Weltraumverwitterungsphänomen können und werden optische Oberflächen auch durch andere Mechanismen verschmutzt. Insbesondere das Ausgasen aus dem Rest des Raumfahrzeugs und die Bildung verschiedener Verbindungen, die auf Linsen rekondensieren können, insbesondere wenn diese Oberflächen kühler sind als der Rest des Äußeren des Raumfahrzeugs, was manchmal der Fall ist, weil sie beschattet werden, um die Menge an Streulicht zu minimieren das kommt ins Instrument. https://outgassing.nasa.gov/ist die erste Sammlung von Daten darüber, welche Materialien von einem Teil des Raumfahrzeugs verflüchtigt und dann auf einem anderen Teil wieder kondensiert werden. Diese Materialien werden durch die prozentuale Menge des Rohmaterials gekennzeichnet, das als gesammelte flüchtige kondensierbare Materialien (CVCM) gilt, und die meisten NASA-Missionen versuchen, die Menge an Materialien, die einen CVCM-Prozentsatz von über 0,1 % aufweisen, stark zu begrenzen, was bedeutet, dass die Verwendung eingeschränkt wird Materialien, bei denen bis zu 0,1 % der ursprünglichen Masse verdampfen und später an anderer Stelle kondensieren können. Einige der schlimmsten Übeltäter für die Verschmutzung von Optiken sind Dinge wie Raketentreibstoffe, Kabelisolierungen, Kunststoffgehäuse für Mikroelektronik sowie Klebstoffe und Steckverbindungen.

Einige gängige Techniken zur Minimierung der Kontamination von Optiken neben der Beschränkung von Baumaterialien umfassen das Hinzufügen von Heizelementen zu den Optiken oder deren Gestaltung, damit sie teilweise sicher von der Sonne beleuchtet werden, sodass alles, was darauf kondensiert, entfernt werden kann. Außerdem kann das Layout des Raumfahrzeugs eine absichtliche Gestaltung von Entlüftungswegen beinhalten, um Schwaden aus kondensierbaren Materialien von der Optik weg zu lenken und das Innere des Raumfahrzeugs so weit wie möglich von der Optik entfernt zu verlassen. Reinigungsmaterialien, wie sie zur Integration geliefert werden, um Verunreinigungen zu entfernen, und die Konstruktion in einem Reinraum reduziert die Partikelkontamination, die auf die Optik übertragen werden kann, erheblich, obwohl immer einige Partikel in das Endprodukt gelangen. Endlich, Verdächtige Materialien können vorverarbeitet werden, indem sie bei erhöhter Temperatur unter Vakuum ausgeheizt werden, um so viel flüchtiges Material wie möglich auszutreiben, bevor sie in das Raumfahrzeug integriert werden. AC Tribble hat ein nettes Papier (unter vielen anderen, das er geschrieben hat), das einige dieser Techniken im Detail beschreibt:https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19960044619.pdf

Zusätzlich zu den Partikeln, die die Optik während des Baus kontaminieren können, können Tests, Transport und die Startumgebung weitere Partikel auf optischen Oberflächen ablagern, und für empfindliche Optiken werden normalerweise ein Kontaminationsbudget und ein Kontaminationsplan entwickelt, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Minderung eingesetzt wird, damit das Instrument dies tun kann Sauberkeitsanforderungen erfüllen. Diese Abschwächungen können temporäre Abdeckungen umfassen, die vor dem Flug entfernt oder möglicherweise nach dem Start geöffnet werden können, manchmal einige Tage oder Wochen nach dem Start, damit möglichst viel Kontamination das Raumfahrzeug verlassen kann, bevor die empfindlichen Optiken freigelegt werden. Einmal im Weltraum, verbesserte sich die lokale Kontaminationsumgebung durch Partikel und flüchtige Stoffe schnell in einer exponentiellen Zerfallsart, so dass der größte Teil der Kontamination, die auftritt, früh erfolgt. Wie schnell dieser Abfall abläuft, hängt davon ab, wie gut die Entlüftungswege im Satelliten ausgelegt sind. Wenn nur kleine Öffnungen vorhanden sind und der Weg nach außen verschlungen ist, kann das Ausgasen des Großteils des Materials Wochen oder Monate dauern. Wenn halbdurchlässige Beschichtungen wie konforme Beschichtungen auf Leiterplatten verwendet werden, können sie manchmal die Freisetzung von flüchtigen Stoffen aus Kunststoffteilen oder anderen Quellen verlangsamen und auch eine Kontamination verzögern. Eine Diskussion der Vor- und Nachteile dieses Ansatzes als absichtliche Taktik wird hier diskutiert: Sie können die Freisetzung von flüchtigen Stoffen aus Kunststoffteilen oder anderen Quellen verlangsamen und auch eine Kontamination verzögern. Eine Diskussion der Vor- und Nachteile dieses Ansatzes als absichtliche Taktik wird hier diskutiert: Sie können die Freisetzung von flüchtigen Stoffen aus Kunststoffteilen oder anderen Quellen verlangsamen und auch eine Kontamination verzögern. Eine Diskussion der Vor- und Nachteile dieses Ansatzes als absichtliche Taktik wird hier diskutiert:https://hlinstruments.com/RoHS_articles/Evaluating%20conformal%20coatings.pdf

Um die Frage direkt zu beantworten, müsste ich das, was ebv sagt, verstärken und zustimmen, dass die Kontaminationsrate der Optik sehr stark vom Design des Raumfahrzeugs und den oben genannten Elementen abhängt.

Eine letzte Quelle, die manchmal vergessen wird, ist die Verdunkelung von Materialien durch Strahlung. Dies unterscheidet sich etwas von der Verwitterung, da sie unter der Oberfläche der Optik auftreten kann. Verschiedene Materialien, einschließlich Gläser, Kunststoffe und insbesondere Klebstoffe, die beim Bau von Optiken verwendet werden, sind anfällig für einen Abfall der Durchlässigkeit, nachdem sie Strahlung ausgesetzt wurden. Klarer Quarz verwandelt sich im Boden aufgrund der natürlichen Hintergrundstrahlung in Rauchquarz, und Quarzfenster in optischen Instrumenten tun dasselbe im Weltraum. Auf dem CYGNSS-Raumschiff führen UV- und Strahlenbelastung zu einem deutlichen Empfindlichkeitsverlust bei einigen der optischen Sensoren an Bord, was zu einer Verschlechterung der Signale um bis zu 20 % im ersten Betriebsmonat führt. Glücklicherweise stabilisierte sich das System danach schnell,