Keil, Denise und Scharring, Stefan und Klein, Erik Marten und Lorbeer, Raoul-Amadeus und Schumacher, Dennis und Seiz, Frederic und Sharma, Kush Kumar und Zwilich, Michael und Schnörer, Lukas und Roth, Markus und Ben-Larbi, Mohamed Khalil und Wiedemann, Carsten und Riede, Wolfgang und Dekorsy, Thomas (2023) Modification of Space Debris Trajectories through Lasers: Dependence of Thermal and Impulse Coupling on Material and Surface Properties. Aerospace. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/aerospace10110947. ISSN 2226-4310.
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Kurzfassung
Abstract: Environmental pollution exists not only within our atmosphere but also in space. Space debris is a critical problem of modern and future space infrastructure. Congested orbits raise the question of spacecraft disposal. Therefore, state-of-the-art satellites come with a deorbit system in cases of low Earth orbit (LEO) and with thrusters for transferring into the graveyard orbit for geostationary and geosynchronous orbits. No practical solution is available for debris objects that stem from fragmentation events. The present study focuses on objects in LEO orbits with dimensions in the dangerous class of 1 to 10 cm. Our assumed method for the change of trajectories of space debris is laser ablation for collision avoidance or complete removal by ground-based laser systems. Thus, we executed an experimental feasibility study with focus on thermal and impulse coupling between laser and sample. Free-fall experiments with a 10 ns laser pulse at nominally 60 J and 1064 nm were conducted with GSI Darmstadt’s nhelix laser on various sample materials with different surfaces. Ablated mass, heating, and trajectory were recorded. Furthermore, we investigated the influence of the sample surface roughness on the laser-object interaction. We measured impulse coupling coefficients between 7 and 40 µNs/J and thermal coupling coefficients between 2% and 12.5% both depending on target fluence, surface roughness, and material. Ablated mass and changes in surface roughness were considered via simulation to discriminate their relevance for a multiple shot concept.
elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/198867/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | Modification of Space Debris Trajectories through Lasers: Dependence of Thermal and Impulse Coupling on Material and Surface Properties | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | 7 November 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erschienen in: | Aerospace | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.3390/aerospace10110947 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verlag: | Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2226-4310 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | space debris; debris-trajectory modification; collision avoidance; high-power laser application; space sustainability | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Forschungsbereich: | Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programm: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programmthema: | keine Zuordnung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Schwerpunkt: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Forschungsgebiet: | R - keine Zuordnung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | R - keine Zuordnung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standort: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institute & Einrichtungen: | Institut für Technische Physik > Aktive optische Systeme Institut für Raumfahrtsysteme > Mechanik und Thermalsysteme | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt von: | Keil, Denise | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt am: | 13 Nov 2023 11:47 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 24 Jan 2024 10:29 |
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