Laser statt Radar - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Ortung von Weltraumschrott mittels Licht

Laser statt Radar

Mit dem Space Surveillance Network betreibt das US-Militär ein Netzwerk aus dreißig weltweit verteilten Radaranlagen und optischen Teleskopen. Täglich werden rund 400.000 Beobachtungen in einem Katalog verzeichnet. „Darunter sind auch Bahndaten von militärisch genutzten Satelliten, weshalb nur ein Teil des Katalogs frei zugänglich ist“, erläutert Wolfgang Riede. „Da es keine vergleichbare Datenbank gibt, sind Satellitenbetreiber ebenso wie Wissenschaftler abhängig davon, was von amerikanischer Seite veröffentlicht wird.“

Zudem hat die bisher hauptsächlich für die Weltraumschrott-Ortung eingesetzte Radartechnologie einige Nachteile: „Angefangen bei großen Radarschüsseln über eine sehr teure und umfangreiche Infrastruktur bis hin zur Datenaufbereitung ist sie ziemlich aufwändig“, so der DLR-Forscher.

Laser-Ranging und Lasertracking gibt es schon länger, der Einsatz für Weltraumschrott ist jedoch relativ neu. © ESO

Lichtreflexion verrät Entfernung

Im Gegensatz dazu arbeiten die Stuttgarter Wissenschaftler an einer wesentlich kompakteren und auch mobil einsetzbaren Technologie. Deren Funktionsprinzip lässt sich wie folgt erklären: Auf Basis vorhandener grober Bahndaten ermitteln die Forscher zunächst mit einem optischen Teleskop die genaue Position des Objekts am Himmel. Dazu nutzen sie die Dämmerungsphase, wenn das Sonnenlicht den Zielgegenstand vor einem bereits dunklen Hintergrund beleuchtet, und verwenden den Sternenhintergrund als astronomische Referenz für die Positionsbestimmung.

Im nächsten Schritt ermitteln sie mit Hilfe eines speziellen Lasers die Entfernung – in der Fachsprache wird dieser Vorgang Laser-Ranging genannt. Dabei strahlen sie das Ziel mit einem Laser an und berechnen die Entfernung aus der Laufzeit des vom Zielgegenstand reflektierten Lichts. „Die Herausforderung besteht darin, das jeweilige Objekt mit Abmessungen bis in den Zentimeterbereich in einigen hundert Kilometern Entfernung zu treffen“, veranschaulicht Riede die geforderte Genauigkeit. „Im Fußball entspräche das der Kunst, den Ball in ein 700.000 Kilometer entferntes Tor zu schießen.“

Schema des Laser-Ranging-Verfahrens zur Bestimmung der Flugbahn von Objekten im All. © DLR

Eine weitere Herausforderung: „Dann muss noch genügend Licht zurückkommen, mit dessen Hilfe eine Entfernungsbestimmung möglich ist“, so Riede. „Von den rund dreitausend Laserpulsen, die unser Laser pro Sekunde aussendet, kommen nur etwa einhundert bis fünfhundert Lichtteilchen zurück.“ Aus der Position des Objekts am Himmel und der Entfernung berechnen die Wissenschaftler dann aus mehreren aufeinanderfolgenden Messungen die Flugbahn.

Anzeige

Neu für Weltraumschrott-Überwachung

Als Methode ist Laser-Ranging nicht neu: Seit den Sechzigerjahren kommen laserbasierte Verfahren zum Einsatz, um beispielsweise den Abstand eines Satelliten zur Bodenstation sehr präzise zu messen. Weltweit gibt es bisher aber nur wenige Laser-Ranging-Stationen, die daran arbeiten, mit Hilfe des Verfahrens auch Weltraumschrott zu untersuchen.

Forschung an Hochleistungs-Lasern für die Weltraumschrott-Ortung. © DLR

„Das Potenzial dieses Ansatzes ist vielversprechend, allerdings gibt es für die Forschung noch einiges zu tun, um vom experimentellen Status in die Technologieentwicklung und -umsetzung zu kommen“, fasst der Direktor des DLR-Instituts für Technische Physik, Thomas Dekorsy, zusammen. Als ersten Meilenstein haben die Wissenschaftler seines Instituts bereits im Jahr 2012 gemeinsam mit der Laserstation Graz des Instituts für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gezeigt, dass der laserbasierte Detektionsansatz prinzipiell machbar ist.

Für die Beobachtung von Weltraumschrott sind Laserleistungen von zehn bis deutlich über 100 Watt für sehr kleine Objekte notwendig, damit genügend Lichtteilchen für die Abstandsmessung zurück zur Erde kommen. Ein Schwerpunkt liegt deshalb auf der Entwicklung und dem Test geeigneter Lasersysteme für diesen speziellen Anwendungsfall sowie auf der praktischen Umsetzung des Konzepts in ersten Versuchsstationen.

  1. zurück
  2. |
  3. 1
  4. |
  5. 2
  6. |
  7. 3
  8. |
  9. 4
  10. |
  11. 5
  12. |
  13. 6
  14. |
  15. weiter

Denise Nüssle/ DLR-Magazin
Stand: 07.09.2018

Anzeige

In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Laserjagd nach Weltraumschrott
Neue Ortungssysteme für Schrottteilchen im Test

Schrott im Orbit
Ohne konstante Überwachung droht Gefahr

Laser statt Radar
Ortung von Weltraumschrott mittels Licht

Ein "UFO" über Stuttgart
Erste Tests des laserbasierten Systems

Die Überwachung wird mobil
Ein Container für die Wissenschaft

So geht es weiter
Vom Container zum Messnetz

Diaschauen zum Thema

News zum Thema

keine News verknüpft

Dossiers zum Thema

Laser - Die Kraft des Lichts und ihre Nutzung

Anzeige
Anzeige