Oncontroleerbare vliegende objecten in een baan om de aarde vormen een enorm risico voor moderne ruimtevaart, en, vanwege onze afhankelijkheid van satellieten vandaag, het is ook een risico voor de wereldeconomie. Een onderzoeksteam van het Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF in Jena, Duitsland, heeft nu speciaal een fiberlaser ontwikkeld die op betrouwbare wijze de positie en richting van de beweging van het ruimteschroot bepaalt om deze risico's te beperken.

Ruimtepuin is een enorm probleem bij ruimtevluchten in een lage baan om de aarde. Ontmantelde of beschadigde satellieten, fragmenten van ruimtestations en andere overblijfselen van ruimtemissies vormen elke dag een potentiële dreiging van botsingen met actieve satellieten en ruimtevaartuigen. Naast hun vernietigende kracht, botsingen creëren ook extra risico en veroorzaken duizenden nieuwe stukken puin, die op hun beurt kunnen botsen met andere objecten - een gevaarlijk sneeuwbaleffect.

Vandaag, de wereldeconomie is in belangrijke mate afhankelijk van satellieten en hun functies – deze toepassingen zijn, bijvoorbeeld, gebruikt in de telecommunicatie, de overdracht van tv-signalen, navigatie, weersvoorspellingen en klimaatonderzoek. De beschadiging of vernietiging van dergelijke satellieten door een botsing met in een baan om de aarde draaiende satellieten of overblijfselen van raketten kan enorme en blijvende schade aanrichten. Daarom, het gevaarlijke ruimteschroot moet betrouwbaar worden opgespoord en geregistreerd voordat bergings- of andere tegenmaatregelen kunnen worden overwogen. Experts van Fraunhofer IOF in Jena hebben een lasersysteem ontwikkeld dat perfect geschikt is voor deze taak.

Betrouwbare registratie van de positie en beweging van objecten in de baan van de aarde

"Met ons robuuste en efficiënte systeem kunnen we betrouwbaar en nauwkeurig de exacte positie en bewegingsrichting van objecten in een baan bepalen, " legt Dr. Thomas Schreiber van de fiberlasersgroep bij Fraunhofer IOF uit. "Lasersystemen zoals de onze moeten uitzonderlijk krachtig zijn om de extreme omstandigheden in de ruimte te weerstaan. Vooral, de hoge fysieke belasting van de draagraket tijdens de lancering, waar de technologie wordt blootgesteld aan zeer sterke trillingen. "In de lage baan om de aarde, de hoge mate van blootstelling aan straling, de extreme temperatuurschommelingen en de lage energievoorziening zijn al even grote obstakels om te overwinnen. Dit maakte de nieuwe ontwikkeling door het onderzoeksteam van Jena noodzakelijk, aangezien gewone lasertechnologieën deze uitdagingen niet aankunnen.

Bovendien, het is ook nodig om ruimtepuin over relatief lange afstanden te analyseren. Voor dit doeleinde, de laserpuls plant zich voort door een op glasvezel gebaseerde versterker en wordt op zijn kilometerslange reis gestuurd.

Metingen met tienduizenden laserpulsen per seconde

"Zeer korte laserpulsen, die slechts een paar miljardsten van een seconde duren, worden op verschillende posities in de ruimte geschoten om de snelheid te bepalen, bewegingsrichting en de rotatiebeweging van de objecten, " legt Dr. Dr. Oliver de Vries uit. "Met ons lasersysteem is het mogelijk om duizenden pulsen per seconde af te vuren. Als een object zich daadwerkelijk op een van de onderzochte posities bevindt, een deel van de straling wordt teruggekaatst naar een speciale scanner, die direct in het systeem is geïntegreerd. Ook al is de laserstraal erg snel, het duurt even voordat het uitgestraalde licht het object bereikt en weer terug. Deze zogenaamde 'time of flight' kan vervolgens worden omgezet in een afstand en dienovereenkomstig een echte 3D-coördinaat." De geavanceerde sensoren van het systeem, die de gereflecteerde lichtreflexen opvangen, kan zelfs miljardsten van het gereflecteerde licht detecteren.

Het principe – oorspronkelijk ontwikkeld door de twee onderzoekers van Fraunhofer IOF voor Jena-Optronik en het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) - is al met succes getest tijdens het aanmeren van een ruimtetransporter bij het internationale ruimtestation ISS. Eerder, het lasersysteem was geïnstalleerd in een sensor van het Thüringer ruimtevaartbedrijf Jena-Optronik GmbH en werd in 2016 gelanceerd met de autonome bevoorradingstransporter ATV-5. Het systeem van Jena Optronik blinkt ook uit in energie-efficiëntie:de fiberlaser werkt op een totaal vermogen van minder dan 10 watt - dat is aanzienlijk minder dan een commerciële laptop, bijvoorbeeld.