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Impact of material and surface properties on thermo-mechanical coupling in laser-based orbit modification of space debris

Scharring, Stefan und Keil, Denise und Klein, Erik Marten und Lorbeer, Raoul-Amadeus und Schumacher, Dennis und Roth, Markus (2024) Impact of material and surface properties on thermo-mechanical coupling in laser-based orbit modification of space debris. In: Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 12939, 129390J. High-Power Laser Ablation VIII, 2024-02-26 - 2024-03-01, Santa Fe, NM, USA. doi: 10.1117/12.3027163. ISSN 0277-786X.

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Offizielle URL: https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/12939/129390J/Impact-of-material-and-surface-properties-on-thermo-mechanical-coupling/10.1117/12.3027163.full?tab=ArticleLinkCited

Kurzfassung

The rapidly increasing amount of space debris is a critical problem of modern and future space infrastructure. Repetitively pulsed high energy lasers are frequently discussed as a technological option for the remotely based removal of multiple small space debris objects from the low Earth orbit (LEO) by recoil from laser ablation. Aiming for a realistic assessment of the concept’s efficiency in debris mitigation, awareness of thermal constraints is needed. In our study, we employ finite element analysis (FEM) of the laser ablation process regarding imparted momentum from laser-ablative recoil as well as laser-induced heat inside the target after ablation. The simulation results are underpinned by observations of velocity change and temperature increase from single pulse laser irradiation of cm-sized targets in a drop experiment in vacuum (10 ns pulse duration, 1064 nm wavelength, 60 J nominal pulse energy) from the nhelix laser of the GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt, Germany. Both polished and sandblasted samples of common space debris materials like aluminum, copper, steel, and titanium are employed in our analysis. Our findings suggest that exhaustive target reconnaissance is required to ensure operational safety in laser-based orbit modification regarding predictability of the modified trajectory as well as thermal constraints in target heating.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203758/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Impact of material and surface properties on thermo-mechanical coupling in laser-based orbit modification of space debris
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scharring, StefanStefan.Scharring (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keil, DeniseDenise.Beisecker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7016-2791159469520
Klein, Erik MartenErik.Klein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8539-8609NICHT SPEZIFIZIERT
Lorbeer, Raoul-AmadeusRaoul.Lorbeer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schumacher, Dennisde.schumacher (at) gsi.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roth, MarkusTechnische Universität DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 April 2024
Erschienen in:Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:12939
DOI:10.1117/12.3027163
Seitenbereich:129390J
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Phipps, ClaudePhotonic Associates, LLCNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gruzdev, VitalyUniversity of New MexicoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
ISSN:0277-786X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Laser Ablation, Space Debris, Debris Removal, Debris Collision Avoidance, Orbit Modification, Space Sustainability, High Energy Laser
Veranstaltungstitel:High-Power Laser Ablation VIII
Veranstaltungsort:Santa Fe, NM, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:26 Februar 2024
Veranstaltungsende:1 März 2024
Veranstalter :SPIE
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
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:13 Mai 2024 09:35
Letzte Änderung:13 Mai 2024 09:35

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