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Ground-based laser momentum transfer concept for debris collision avoidance

Cordelli, Emiliano und Di Mira, Andrea und Flohrer, Tim und Setty, Srinivas und Zayer, Igor und Scharring, Stefan und Dreyer, Heiko und Wagner, Gerd und Kästel, Jürgen und Schafer, Ewan und Wagner, Paul und Riede, Wolfgang und Bamann, Christoph und Hugentobler, Urs und Lejba, Pawel und Suchodolski, Tomasz und Döberl, Egon und Weinzinger, Dietmar und 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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Offizielle URL: https://authors.elsevier.com/c/1fU3N8nNBG6XjY

Kurzfassung

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.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/187736/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:The article can be downloaded free of charge until Sept 15, 2022 at the following address: https://authors.elsevier.com/c/1fU3N8nNBG6XjY
Titel:Ground-based laser momentum transfer concept for debris collision avoidance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Cordelli, EmilianoESA/ESOCNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Di Mira, AndreaESA/ESOCNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Flohrer, TimTim.Flohrer (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Setty, SrinivasESA/ESOCNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zayer, IgorESOCNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scharring, StefanStefan.Scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dreyer, HeikoHeiko.Dreyer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, GerdGerd.Wagner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kästel, JürgenJuergen.Kaestel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schafer, EwanEwan.Schafer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, PaulPaul.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8882-8202NICHT SPEZIFIZIERT
Riede, WolfgangWolfgang.Riede (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bamann, ChristophFESG TU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hugentobler, UrsFESG TU MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lejba, PawelCBK PAN BorowiecNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Suchodolski, TomaszCBK PAN BorowiecNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Döberl, EgonASA AstrosystemeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weinzinger, DietmarASA AstrosystemeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Promper, WolfgangASA AstrosystemeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 Juli 2022
Erschienen in:Journal of Space Safety Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jsse.2022.07.004
Verlag:Elsevier
ISSN:2468-8967
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Laser Ranging, Space Debris, Collision Avoidance, Photon Pressure, Laser Momentum Transfer
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Einsatz von Lasern zur Detektion von Weltraumschrott
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Physik > Aktive optische Systeme
Institut für Technische Physik > Festkörperlaser und Nichtlineare Optik
Hinterlegt von: Scharring, Stefan
Hinterlegt am:05 Sep 2022 10:04
Letzte Änderung:19 Dez 2023 04:13

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