Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Trümmer im Erdorbit mit effizienter Lasertechnologie zentimetergenau erfassen

01.09.2017

Maßnahmen gegen das Risiko Weltraumschrott

Unkontrollierte Objekte im Erdorbit bergen massive Risiken für die moderne Raumfahrt – und aufgrund der heutzutage vielfältigen Abhängigkeit von Satelliten damit ebenso für die Weltwirtschaft. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena begegnet der Gefahr mit einem eigens entwickelten Faserlaser, der Lage und Bewegungsrichtung von Weltraummüll zuverlässig bestimmt.


Im Einsatz gegen die Gefahren von Weltraumschrott im Erdorbit: Die Laser-Technologie des Fraunhofer IOF.

© Fraunhofer IOF


Ein für LIDAR-Anwendungen (Light detection and ranging) geeigneter Kurzpuls-Faserlaser zur zentimetergenauen Ortung von Weltraummüll.

© Foto Fraunhofer IOF

Weltraummüll ist ein großes Problem in der erdnahen Raumfahrt. Außer Dienst gestellte oder havarierte Satelliten, Bruchstücke von Raumstationen und Reste von Weltraummissionen bedeuten eine alltägliche Gefahr von Kollisionen mit aktiven Satelliten und Raumfahrzeugen. Zusammenstöße bergen neben ihrer zerstörerischen Kraft weiteres Risikopotential – Tausende neue Trümmerteile können entstehen, die wiederum mit anderen Objekten kollidieren könnten – ein gefährlicher Schneeballeffekt.

Die globale Wirtschaft hängt heutzutage in erheblichem Maße von Satelliten und ihren Funktionen ab – Anwendungsbeispiele sind die Bereiche Telekommunition und Übertragung von TV-Signalen, die Navigation oder auch Wettervorhersagen und Klimaforschung. Die Beschädigung oder Zerstörung solcher Satelliten durch eine Kollision mit im Orbit verbliebenen Satelliten- oder Raketenresten kann immense und nachhaltige Schäden verursachen. Der gefährliche »Weltraumschrott« muss daher zuverlässig aufgespürt und erfasst werden, bevor an Bergungs- oder Gegenmaßnahmen zu denken ist. Experten des Fraunhofer IOF in Jena haben ein Lasersystem entwickelt, das optimal für diese Aufgabe geeignet ist.

Lage und Bewegung von Objekten im Erdorbit zuverlässig erfassen

»Mit unserem robusten und effizienten System kann die genaue Lage und Bewegungsrichtung von Objekten im Erdorbit zuverlässig und zentimetergenau bestimmt werden«, erläutert Dr. Thomas Schreiber von der Gruppe Faserlaser am Fraunhofer IOF. »Lasersysteme wie das unsrige müssen außerordentlich leistungsfähig sein, um den extremen Bedingungen des Weltalls standhalten zu können. Dazu zählt insbesondere die hohe physische Belastung während des Starts der Trägerrakete, bei der die Technologie sehr starken Vibrationen ausgesetzt ist.« Am Einsatzort im niedrigen Erdorbit stellen die hohe Strahlungsbelastung, die extremen Temperaturschwankungen und die niedrige Energieversorgung im Anschluss eine ebenso große Hürden dar. Dies machte die Neuentwicklung des Jenaer Forscherteams nötig, da herkömmliche Laser diesen Herausforderungen nicht gewachsen sind.

Die Analyse der Weltraumtrümmer muss darüber hinaus über vergleichsweise große Distanzen hinweg möglich sein. Hierzu wird der Laserstrahl zunächst durch eine Glasfaser geleitet und verstärkt, um anschließend auf seine oft Kilometer lange Reise geschickt zu werden.

Messungen mit Zehntausenden Laser-Impulsen pro Sekunde

»Zur notwendigen Bestimmung von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Eigenrotation der Objekte werden sehr kurze Laserpulse, die nur wenige Milliardstel einer Sekunde andauern, an verschiedene Positionen im Raum geschossen«, erklärt Schreibers Kollege Dr. Oliver de Vries. »Tausende Impulse pro Sekunde sind mit unserem Lasersystem möglich. Falls sich tatsächlich ein Objekt an einer der untersuchten Positionen befindet, wird ein Teil der Strahlung an einen speziellen, direkt in das System integrierten Scanner zurückreflektiert. Obwohl das ausgesendete Licht sehr schnell ist, braucht es dennoch eine gewisse Zeit, um vom Laser zum Objekt und wieder zurück zu gelangen. Diese sogenannte ›Pulslaufzeit‹ kann dann entsprechend in eine Distanz und eine echte 3D-Koordinate umgewandelt werden.« Die ausgefeilten Sensoren des Systems, die die zurückgeworfenen Lichtreflexe auffangen, erfassen sogar noch Milliardstel der abgestrahlten Lichtleistung.

Das von den beiden Forschern des Fraunhofer IOF – ursprünglich im Auftrag der Jena-Optronik GmbH und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) – entwickelte Prinzip wurde bereits erfolgreich bei einem Andock-Manöver eines Raumtransporters an die Internationale Raumstation ISS getestet. Zuvor war das Lasersystem in einem Sensor des Thüringer Raumfahrtunternehmens Jena-Optronik verbaut und 2016 mit dem autonomen Versorgungstransporter ATV-5 ins Weltall geschickt worden. Das Jenaer System punktet auch in Sachen Energieverbrauch: Der Faserlaser arbeitet bei voller Leistung insgesamt mit weniger als 10 Watt – deutlich weniger als beispielsweise ein handelsüblicher Laptop.


Weitere Informationen:

https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2017/september/truemmer-...

Dr. Kevin Füchsel | Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Biophysik - Blitzlicht aus der Nanowelt
24.04.2018 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics