Optimierung passiv optischer Detektion und Identifikation von orbitalen Objekten im niedrigen Erdorbit

Abstract

Neben den aktiven Messmethoden RADAR (radio detection and ranging) und SLR (satellite laser ranging) ist die passiv-optische (Kamera-)Beobachtung von Satelliten eine relativ einfache Möglichkeit einen Überblick über die aktuelle Lage von Satelliten im Erdorbit zu bekommen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Software, die eine automatische Auswertung von Bildern des Nachthimmels zur Weltraumüberwachung ermöglicht. Die Bilder wurden mit einem Astrographen mit 40 cm Apertur und Kamera mit GPS Empfänger am Johannes Kepler Observatorium (JKO) des DLR in Empfingen (Nordschwarzwald) aufgenommen. Die Methodik und Instrumentierung werden präsentiert und spezifiziert. Im Rahmen der Arbeit wurden fast 7000 Aufnahmen aufgenommen und ausgewertet. Die Entwicklung einer Software (Python Skript) zur Bildauswertung wird vorgestellt. Durch die Anwendung der Software wurden erfolgreich Aufnahmen von Satelliten im geostationären Orbit (GEO) und im erdnahen Orbit (LEO) ausgewertet. Zudem konnte eine Satelliten-Mission erfolgreich am JKO beobachtet werden (Astroscale ADRAS-J) und dabei ein Satellit bei der Annäherung an eine ausgediente Raketenoberstufe verfolgt und die Positionen mit Hilfe der entwickelten Software in jedem Bild bestimmt werden. Der Erdbeobachtungssatellit Sentinel-6A wurde als zusätzliches Ziel aufgrund der Verfügbarkeit von Positionsdaten durch SLR und DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) ausgewählt. Durch Vergleich der Satellitenposition bei einem Überflug am JKO aus den Bilddaten mittles Astrometrie und den verfügbaren SLR-Daten und DORIS-Daten konnte eine Präzision von 10 bis 15 Bogensekunden der Auswertungssoftware nachgewiesen werden. Dabei variiert dieser Wert je nach Elevation des Bildfeldes und dem Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Ziels. Zur Identifikation der beobachteten Objekten wurde ein Katalogsabgleich mit Daten der U.S. Air Force durchgeführt. Zusätzlich wird ein einfacher und transportabler Aufbau präsentiert zur Bestimmung der Helligkeit des Nachthimmels in unterschiedlichen Himmelsrichtungen und Elevationen.