Bahnbestimmung von Weltraumschrott mit Lasern

Kurzfassung

Wir stellen ein Konzept zur Erfassung von Weltraumschrott-Objekten vor, welches auf dem Einsatz von lasergestützten aktiv-optischen Methoden beruht. Der niedrige Erdorbit (low earth orbit - LEO) weist bei einer Höhe von 900 km und 1400 km Maxima der räumlichen Dichte von Weltraumschrott-Objekten auf. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Lebenszeit von operablen Systemen bei einem Einschlag von Objekten ab einer Größe von 1 cm beendet wird. Aufgrund der großen Anzahl der Objekte dieser Gefährdungsklasse (ca. 6∙105) ist ein effektives und hochgenaues System zur Erfassung von Weltraumschrott unabdingbar, um (i) Weltraummissionen sicher durchführen und (ii) die kalkulierte Lebensdauer von Satelliten durch das Vermeiden von unnötigen Ausweichmanövern erreichen zu können. Dazu wird ein Konzept zur Bestimmung der Bahnelemente von Weltraumschrott vorgestellt, welches auf der Kombination von passiv-optischen Methoden (zum Auffinden unbekannter Objekte) mit laserbasierten aktiv-optischen Methoden (zum Fein-Tracking und zur Abstandsmessung) basiert. Dabei werden zur Systemauslegung alle involvierten physikalischen Prozesse bei der Untersuchung optisch unkooperativer Zielobjekte mit einer Bahnhöhe von etwa 1000 km modelliert. Die Ergebnisse bilden die Skalierungsgrößen, um den Funktionsnachweis des Konzepts zur laserbasierten Erfassung von Weltraumschrott in Experimenten auf der institutseigenen Laser-Freistrahlstrecke in Lampoldshausen zu erbringen.