04.08.2020

Entfernungsmessung zu Weltraumschrott

GRAZER FORSCHER ERZIELEN ERSTE ERFOLGE BEI TAGESLICHT

4. August 2020

Forscher der Laserstation Graz Lustbühel des Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften präsentieren in "Nature Communications" erste Erfolge bei Abstandsmessungen zu Weltraumschrott am helllichten Tag.

Die von der Europäischen Weltraumorganisation veröffentlichten Zahlen zum Thema Weltraumschrott sprechen eine deutliche Sprache. Ungefähr 2000 aktive und 3000 inaktive Satelliten in einer Umlaufbahn um unseren Planeten treffen auf ca. eine Million Objekte mit einer Größe von mehr als einem Zentimeter. Von lediglich einem kleinen Bruchteil (ca. 20000 Objekten größer als etwa 10 cm) kann mittels Radar regelmäßig die Umlaufbahn mit einer Genauigkeit von einigen 100 m berechnet und vorhergesagt werden. Bei einer Geschwindigkeit von bis zu 7 km/s stellen diese Objekte jedoch eine große Gefahr für aktive Satelliten dar.

Um das Risiko von Kollisionen zu minimieren und zukünftige Missionen zur Beseitigung von Weltraumschrott planen zu können, ist die Kenntnis eines genauen Orbits jedoch essentiell. Hierfür bieten laserbasierte Entfernungsmessungen zu Weltraumschott (space debris laser ranging) die ideale Basis. "Sie erreichen Messgenauigkeiten von bis zu einem Meter. Diffus reflektiertes Laserlicht von Weltraumschrott wird mit Einzel-Photonen-Detektoren empfangen und aus der Laufzeit des Lichts kann die Entfernung berechnet werden", erläutert IWF-Forscher Michael Steindorfer die Messmethode.

Da die Umlaufbahn von Weltraumschrott derzeit nicht genauer vorhergesagt werden kann, muss er mit einem Zusatzteleskop sichtbar gemacht werden. Durch die Kenntnis der Position des Objektes muss dann nur mehr ein kleinerer Bereich am Himmel abgesucht werden. Da die Objekte – bei ausreichender Dunkelheit auf der Erde – von der Sonne beleuchtet sein müssen und sich nicht im Erdschatten befinden dürfen, waren Abstandsmessungen zu Weltraumschrott bisher nur wenige Stunden nach Sonnenuntergang bzw. vor Sonnenaufgang möglich.

Forschern der Laserstation Graz Lustbühel ist es nun gelungen, Weltraumschrott auch bei Tag optisch beobachtbar zu machen. Dadurch konnten ungenaue Vorhersagen während der Messung korrigiert und erste Entfernungsmessungen bei Tag erfolgreich durchgeführt werden. "Für eine gezielte Verbesserung der Vorhersagen von Weltraumschrott werden in erster Linie zwei Dinge benötigt: Ein weltweites Netzwerk von mehreren Stationen, die in der Lage sind Weltraumschrott zu beobachten und eine höhere Effizienz und damit Anzahl der Beobachtungen", so Steindorfer. Hierbei ist den Grazer Forschern nun ein erster wichtiger Schritt gelungen.