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Can the Orbital Debris Disease Be Cured Using Lasers?

Scharring, Stefan und Kästel, Jürgen (2023) Can the Orbital Debris Disease Be Cured Using Lasers? Aerospace, 10 (7), Seite 633. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/aerospace10070633. ISSN 2226-4310.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2226-4310/10/7/633

Kurzfassung

Ground-based high-power lasers are, in principle, able to de-orbit any kind of space debris object from the low Earth orbit (LEO) by remotely inducing laser-ablative momentum. However, the assessment of efficiency and operational safety depends on many factors, like atmospheric constraints or the risk of debris disintegration during irradiation. We analyze laser momentum for a great variety of target geometries and sizes and - for the first time in a large-scale simulation - include thermal constraints in the laser irradiation configuration. Using a coherently coupled 100 kJ laser system at 1030 nm wavelength and a 5 ns pulse duration in an optimized pointing elevation angle range, the pulse frequency should amount to less than 10 Hz to prevent fragment meltdown. For mechanically intact payloads or rocket bodies, repetition rates should be even lower. Small debris fragments sized between 10 and 40 cm can be de-orbited by employing around 100 to 400 station passes with head-on irradiation, while objects exceeding 2 m typically require far more than 1000 irradiations for de-orbit. Hence, laser-based debris removal cannot be considered a prime space sustainability measure to tackle the highest-risk large debris, yet it can provide the remediation of a multitude of small-sized debris using small networks of globally distributed laser sites.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196005/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Can the Orbital Debris Disease Be Cured Using Lasers?
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scharring, StefanStefan.Scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kästel, JürgenJuergen.Kaestel (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Juli 2023
Erschienen in:Aerospace
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/aerospace10070633
Seitenbereich:Seite 633
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Sinko, Johnjesinko (at) stcloudstate.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2226-4310
Status:veröffentlicht
Stichwörter:space debris; space sustainability; Kessler syndrome; debris removal; high-energy lasers; laser pulse repetition rate; laser ablation; laser momentum transfer; laser-induced heating; thermo-mechnical integrity
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Transportable Laser Ranging Station, 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:25 Jul 2023 10:48
Letzte Änderung:25 Jul 2023 10:48

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