Strålingspåvirkning på optiske element for en Hyperspektral CubeSat-nyttelast

Abstract

NTNU SmallSat Lab har som mål å bygge en billig og høy ytelse hyperspectral-kamera for å oppdage alge og plankton signaturer fra rommet. Kameraet er laget av optiske COTS komponenter. Det er imidlertid velkjent innen romfart industrien at linser som er utsatt for stråling i rommet, vil brune over tid. Arbeidet i denne rapporten studerer romstrålingsmiljøet og anvender det på optisk degradering for all ikke-elektriske komponenter i det hyperspektrale-kameraet. Det ble lagt høyere vekt på objektivet, som er en sentral komponent i transmisjonen av lys gjennom kameraet. Etter eksponering av objektivet til 140 Grey med gammastråling og utførelse av optiske karakteriseringer, observeres optisk nedbrytning av 0,1% av transitiviteten for hver Grey ioniserende stråling. Denne nedbrytningen er en del av klasse vakanser som kalles fargesentre, som gjør glasset mer absorberende for lave bølgelengder av synlig lys. Kameraet vil derfor være mindre pålitelig for å oppdage plankton signaturer i det blå spekteret, sammenlignet med det røde. De optiske testteknikkene var i stor grad vellykket til å beskrive de optiske endringene i komponentene og anbefales for lignende prosjekter.

NTNU SmallSat Lab seeks to build a low-cost & high-performance hyperspectral camera for detecting algae and plankton signatures from space. The camera is made from optical COTS components. It is, however, well known in the aerospace community that lenses exposed to radiation in space will brown over time. Radiation-induced optical degradation for all non-electrical components of the HyperSpectral Imager was studied in regard to space radiation conditions. Special emphasis was made on the objectives as it is a key optical component. After exposing the objective to 140 Gy with gamma radiation and performing optical characterisations optical degradation of 0.1% of the transitivity per Gy is observed. This degradation is due to a family of vacancies called colour centres, this makes the glass more absorbent to lower wavelengths of visible light. The camera will, therefore, be less reliable to detect the ocean signatures in the blue spectre, compared to the red. The optical testing techniques where largely successfully to both describe the optical changes in the components and are recommended for similar projects.