Cordelli, Emiliano and Di Mira, Andrea and Flohrer, Tim and Setty, Srinivas and Zayer, Igor and Scharring, Stefan and Dreyer, Heiko and Wagner, Gerd and Kästel, Jürgen and Schafer, Ewan and Wagner, Paul and Riede, Wolfgang and Bamann, Christoph and Hugentobler, Urs and Lejba, Pawel and Suchodolski, Tomasz and Döberl, Egon and Weinzinger, Dietmar and Promper, Wolfgang (2022) Ground-based laser momentum transfer concept for debris collision avoidance. Journal of Space Safety Engineering. Elsevier. doi: 10.1016/j.jsse.2022.07.004. ISSN 2468-8967.
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Official URL: https://authors.elsevier.com/c/1fU3N8nNBG6XjY
Abstract
Satellite laser ranging (SLR) is a well-established technology within the scientific community used since the early 1960s to precisely measure distances. The technology evolved in support of the geodetic research striving for high accuracy measurements which nowadays are achieved by means of high repetition, low energy pulse lasers used in combination with satellites equipped with retroreflectors. The achieved accuracy allowed not only for quality improvement of orbit determination products but also remote estimation of the attitude of the observed target. The SLR technique constitutes a highly accurate, relatively cheap alternative to radars for the tracking of orbiting targets. In the last decade, the successful tracking of resident space objects, not equipped with retroreflectors, made SLR a fundamental and appealing technique also in the space debris domain. In this study, we will introduce a possible step forward - thanks to the availability of commercial high power (> 10 kW) continuous wave (CW) lasers - which consists in the setup of a network of ground stations able to efficiently contribute to space debris collision avoidance manoeuvres in the low Earth orbit (LEO). This paper will summarize the achievements of a conceptual study on ground-based laser momentum transfer to LEO space debris performed by a consortium under the guidance of the German Aerospace Centre (DLR) funded by the European Space Agency (ESA) in the frame of the ESA Space Safety Programme. The study was carried out approaching the problem from an astrodynamics, physical, technological and legal point of view. The required tracking precision and the fundamental physics of the laser momentum transfer (LMT) were studied to evaluate the achievable thrust on LEO debris objects with commercially available components. An astrodynamics analysis was carried out to assess the efficiency of the imposed thrust and the consequences on the probability of collision in LEO. In the paper we will report the outcomes of the study which allowed us to define: the requirements of a laser tracking and momentum transfer (LTMT) station, the minimum size of an LTMT network for LEO collision avoidance operation, the current technological challenges, and gaps to be filled before its implementation.
Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/187736/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Additional Information: | The article can be downloaded free of charge until Sept 15, 2022 at the following address: https://authors.elsevier.com/c/1fU3N8nNBG6XjY | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Title: | Ground-based laser momentum transfer concept for debris collision avoidance | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Authors: |
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Date: | 27 July 2022 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Journal or Publication Title: | Journal of Space Safety Engineering | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1016/j.jsse.2022.07.004 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Publisher: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2468-8967 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | Laser Ranging, Space Debris, Collision Avoidance, Photon Pressure, Laser Momentum Transfer | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Program Themes: | Space System Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Program: | R SY - Space System Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Research theme (Project): | R - Project Use of Lasers for the Detection of Space Debris | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Location: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institutes and Institutions: | Institute of Technical Physics > Active Optical Systems Institute of Technical Physics > Solid State Lasers and Nonlinear Optics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited By: | Scharring, Stefan | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Deposited On: | 05 Sep 2022 10:04 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Last Modified: | 19 Dec 2023 04:13 |
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