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Systemauslegung eines Single Photon Detection Laser Altimeters für eine Kleinsatellitenmission im LEO

Becker, Christoph (2023) Systemauslegung eines Single Photon Detection Laser Altimeters für eine Kleinsatellitenmission im LEO. Bachelor's, TU Berlin.

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Abstract

Laseraltimetrie ist eine leistungsfähige Methode um absolut kalibrierte digitale Geländemodelle von planetaren Oberflächen zu erstellen und Rückschlüsse auf die innere Struktur von Planeten zu erhalten. Die aktuellen ESA Missionen BepiColombo und JUICE tragen mit BELA und GALA zwei Beispiele für leistungsfähige klassische Laseraltimeter zur Planetenforschung. Das Messprinzip eines Laseraltimeters ist sehr einfach; basierend auf einer Lichtlaufzeitmessung. Ein starker und kurzer Laserlichtpuls mit typischerweise einigen 10 mJ Energie und 5 ns Länge wird von einem Festkörperlaser des Transmitters ausgesendet. Dieser trifft nach 400 bis 1000 km auf eine Planetenoberfläche, wird reflektiert und letztlich werden einige 100 Photonen von einem Empfangsteleskop des Instruments wieder aufgefangen. Aus der verstrichenen Zeit zwischen ausgesandtem und empfangenen Pulse lässt sich die Entfernung bestimmen. Die Instrumente bisher liegen dabei in einer Größenordnung von 20 kg, haben eine Leistungsaufnahme von ca. 50 W und beinhalten ein Teleskop mit Durchmesser von ca. 25 cm. Die Idee die Lichtlaufzeitmessung mit nur einzelnen Photonen durchzuführen, würde zu einer starken Reduzierung der oben genannten Ressourcen und somit zu einer Miniaturisierung des Instrumentes führen. Notwendig dafür sind unter anderem starke Hintergrundphotonenunterdrückung durch Einschränken des Sichtfelds und spektrale Filterung. Eine Konzeptstudie eines solchen Single Photon Detection Laseraltimeters mit Pulsenergien von weniger als 1 mJ und Teleskopdurchmessern von etwa 5 cm ist Gegenstand dieser Arbeit. Dazu werden neue Detektionsschemata unter Verwendung von sogenannten SPAD (Single Photon Avalanche Diodes) und Diodenlaser-gepumpten Microchip-Lasern untersucht und im Gesamtsystem mit Hinblick auf die Ressourcen Volumen, Masse und Leistungsaufnahme bewertet.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/202406/
Document Type:Thesis (Bachelor's)
Title:Systemauslegung eines Single Photon Detection Laser Altimeters für eine Kleinsatellitenmission im LEO
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Becker, ChristophDLR, Institut für PlanetenforschungUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Date:21 August 2023
Refereed publication:Yes
Open Access:Yes
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:51
Status:Published
Keywords:Laser Ranging, Altimeter, Single Photon, Detektionsschema, LEO, Miniaturisierung, Cubesat, Simulation
Institution:TU Berlin
Department:Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme - Institut für Luft- und Raumfahrt
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Space Exploration
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R EW - Space Exploration
DLR - Research theme (Project):R - Instrument development
Location: Berlin-Adlershof
Institutes and Institutions:Institute of Planetary Research > Planetary Sensor Systems
Deposited By: Althaus, Christian
Deposited On:25 Jan 2024 13:43
Last Modified:25 Jan 2024 13:44

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