Как быстро оптические поверхности загрязняются или повреждаются в космосе?

Это процесс выветривания («космическое выветривание»), и его трудно предсказать. Они изменяют поверхности безвоздушных тел с течением времени. Я бы, однако, предположил, что срок жизни объектов, которые мы запускаем в космос, слишком короток (годы или десятилетия), чтобы сделать их бесполезными только из-за выветривания, если только не будут мешать единичные события. Хотя они будут страдать от некоторой деградации в течение своей жизни. Я бы предположил, что это проверяется и взвешивается для каждой миссии.

Редактировать: если вы настаиваете, вот вам:

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

... и другие работы, например, по изменению базальтовых тел и/или кометоподобных снежков, влиянию на органические соединения и т.д.

В то время как этот тип выветривания является медленным процессом, на НОО и выше дополнительно будут присутствовать газы из земной атмосферы и частицы от других космических аппаратов, широко распространенный «космический мусор» размером от молекулы до оставшихся ступеней ракеты. Ото, заряженные частицы отклоняются магнитным полем Земли.

Проблема этих процессов (особенно выветривания) в том, что их трудно предсказать. Как и столкновения с частицами.

Так что, боюсь, точного ответа на ваш вопрос не существует.

Из первой ссылки. Хотя подложка — камень, а не стекло, она подчеркивает доминирующие процессы и намекает на сложность проблемы.

Сложный комплекс процессов, связанных с космическим выветриванием безвоздушных тел. Типичные почвы взвешены, но неоднородны по составу. (слева) Доминирующие процессы, воздействующие на поверхность Луны на расстоянии 1 а.е. [по Noble, 2004]. (справа) Широкий спектр поверхностных процессов, которые сейчас считаются активными во всей Солнечной системе, но с различной степенью значимости для конкретных сред.

Помимо явления космического выветривания, описываемого ebv, оптические поверхности могут загрязняться и загрязняются и другими механизмами. В частности, выделение газа из остальной части космического корабля и образование различных соединений, которые могут повторно конденсироваться на линзах, особенно если эти поверхности холоднее, чем остальная часть экстерьера космического корабля, что иногда бывает, потому что они затенены, чтобы свести к минимуму количество рассеянного света. который попадает в инструмент. https://outgassing.nasa.gov/является основным сбором данных о том, какие материалы подлежат испарению из одной части космического корабля, а затем повторной конденсации в другой части. Эти материалы характеризуются процентным содержанием сырья, которое считается собранными летучими конденсируемыми материалами (CVCM), и большинство миссий НАСА пытаются строго ограничить количество материалов, для которых процент CVCM превышает 0,1%, что означает ограничение использования материалы, в которых до 0,1% исходной массы может испаряться, а затем конденсироваться в другом месте. Одними из главных виновников загрязнения оптики являются такие вещи, как ракетное топливо, изоляция проводов, пластиковые корпуса для микроэлектроники, а также клеи и герметики.

Некоторые распространенные методы минимизации загрязнения оптики, помимо ограничения строительных материалов, включают добавление нагревателей на оптику или проектирование их таким образом, чтобы они были безопасно частично освещены солнцем, чтобы можно было очистить все, что на них конденсируется. Кроме того, компоновка космического корабля может включать преднамеренную конструкцию вентиляционных каналов, чтобы шлейфы конденсируемых материалов были направлены в сторону от оптики и выходили из внутренней части космического корабля как можно дальше от оптики. Чистящие материалы в том виде, в котором они поставляются для интеграции для удаления загрязнений и конструкции в чистом помещении, значительно снижают загрязнение твердыми частицами, которые могут быть перенесены на оптику, хотя всегда есть частицы, которые проникают в конечный продукт. Окончательно, подозрительные материалы можно предварительно обработать, прокаливая их при повышенной температуре в вакууме, чтобы удалить как можно больше летучих материалов, прежде чем интегрировать их в космический корабль. У AC Tribble есть хорошая статья (среди многих других, написанных им самим), в которой подробно описаны некоторые из этих методов:https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19960044619.pdf

В дополнение к частицам, которые могут загрязнять оптику во время строительства, испытаний, транспортировки и среды запуска, все они могут осаждать дополнительные частицы на оптических поверхностях, и бюджет загрязнения и план обычно разрабатываются для чувствительной оптики, чтобы обеспечить достаточное смягчение последствий, позволяющее прибору работать. соответствовать требованиям чистоты. Эти меры могут включать в себя временные крышки, которые могут быть удалены перед полетом или потенциально открыты после запуска, иногда через несколько дней или недель после запуска, чтобы позволить как можно большему количеству загрязнения покинуть космический корабль, прежде чем обнажить чувствительную оптику. Оказавшись в космосе, локальная среда загрязнения твердыми частицами и летучими веществами быстро улучшилась по экспоненциальному спаду, поэтому большая часть загрязнения, которое действительно происходит, происходит на ранней стадии. Насколько быстро происходит этот распад, зависит от того, насколько хорошо спроектированы вентиляционные пути на спутнике. Если присутствуют только небольшие отверстия и путь наружу извилистый, то дегазация большей части материала может занять недели или месяцы. Иногда, если полупроницаемые покрытия используются как конформные покрытия на печатных платах, они могут замедлить выделение летучих веществ из пластиковых деталей или других источников, а также задержать загрязнение. Обсуждение плюсов и минусов этого подхода как преднамеренной тактики обсуждается здесь: они могут замедлить выделение летучих веществ из пластиковых деталей или других источников, а также задержать загрязнение. Обсуждение плюсов и минусов этого подхода как преднамеренной тактики обсуждается здесь: они могут замедлить выделение летучих веществ из пластиковых деталей или других источников, а также задержать загрязнение. Обсуждение плюсов и минусов этого подхода как преднамеренной тактики обсуждается здесь:https://hlinstruments.com/RoHS_articles/Evaluating%20conformal%20coatings.pdf

Итак, чтобы ответить на вопрос напрямую, я должен расширить то, что говорит ebv, и согласиться с тем, что скорость загрязнения оптики очень сильно зависит от конструкции космического корабля и элементов, упомянутых выше.

Еще один источник, о котором иногда забывают, — это радиационное потемнение материалов. Это немного отличается от выветривания, поскольку может происходить под поверхностью оптики. Различные материалы, включая стекла, пластмассы и особенно клеи, используемые в конструкции оптики, подвержены падению коэффициента пропускания после воздействия радиации. Прозрачный кварц превращается в дымчатый кварц в земле из-за воздействия естественного фонового излучения, и кварцевые окна в оптических приборах делают то же самое в космосе. На космическом корабле CYGNSS ультрафиолетовое и радиационное воздействие приводит к заметной потере чувствительности некоторых оптических датчиков на борту, что приводит к ухудшению качества сигналов до 20% в первый месяц работы. К счастью, после этого система быстро стабилизировалась.