Gli oggetti volanti incontrollabili in orbita rappresentano un enorme rischio per i moderni viaggi spaziali, e, a causa della nostra dipendenza oggi dai satelliti, è anche un rischio per l'economia globale. Un team di ricerca presso il Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering IOF di Jena, Germania, ha ora sviluppato appositamente un laser a fibra che determina in modo affidabile la posizione e la direzione del movimento dei detriti spaziali per mitigare questi rischi.

I detriti spaziali sono un problema enorme nel volo spaziale in orbita terrestre bassa. Satelliti dismessi o danneggiati, frammenti di stazioni spaziali e altri resti di missioni spaziali rappresentano una potenziale minaccia di collisioni con satelliti e veicoli spaziali attivi ogni giorno. Oltre alla loro forza distruttiva, le collisioni creano anche un rischio aggiuntivo creando migliaia di nuovi frammenti di detriti, che a sua volta potrebbe scontrarsi con altri oggetti, un pericoloso effetto valanga.

Oggi, l'economia globale dipende in misura sostanziale dai satelliti e dalle loro funzioni:queste applicazioni sono, Per esempio, utilizzato nelle telecomunicazioni, la trasmissione dei segnali televisivi, navigazione, previsioni del tempo e ricerca sul clima. Il danno o la distruzione di tali satelliti attraverso una collisione con satelliti in orbita o resti di razzi può causare danni immensi e duraturi. Perciò, i detriti spaziali pericolosi devono essere tracciati e registrati in modo affidabile prima di poter prendere in considerazione qualsiasi salvataggio o altre contromisure. Gli esperti del Fraunhofer IOF di Jena hanno sviluppato un sistema laser perfettamente adatto a questo compito.

Registrazione affidabile della posizione e del movimento degli oggetti nell'orbita terrestre

"Con il nostro sistema robusto ed efficiente possiamo determinare in modo affidabile e preciso la posizione esatta degli oggetti e la direzione del movimento in orbita, " spiega il dott. Thomas Schreiber del gruppo laser in fibra del Fraunhofer IOF. "I sistemi laser come il nostro devono essere eccezionalmente potenti per resistere alle condizioni estreme nello spazio. In particolare, l'elevata sollecitazione fisica sul razzo vettore durante il lancio, dove la tecnologia è soggetta a vibrazioni molto forti. "Nella bassa orbita terrestre, l'alto livello di esposizione alle radiazioni, gli sbalzi di temperatura estremi e la scarsa fornitura di energia sono altrettanto grandi ostacoli da superare. Ciò ha reso necessario il nuovo sviluppo da parte del team di ricerca di Jena poiché le comuni tecnologie laser non sono in grado di far fronte a queste sfide.

Inoltre, è anche necessario analizzare i detriti spaziali su distanze relativamente lunghe. Per questo scopo, l'impulso laser si sta propagando attraverso un amplificatore in fibra di vetro e inviato nel suo viaggio lungo chilometri.

Misurazioni con diecimila impulsi laser al secondo

"Impulsi laser molto brevi, che durano solo pochi miliardesimi di secondo, vengono sparati in diverse posizioni nello spazio per determinare la velocità, direzione del moto e il moto di rotazione degli oggetti, " spiega il Dr. Dr. Oliver de Vries. "Con il nostro sistema laser è possibile sparare migliaia di impulsi al secondo. Se un oggetto si trova effettivamente in una delle posizioni esaminate, parte della radiazione viene riflessa su uno scanner speciale, che è direttamente integrato nel sistema. Anche se il raggio laser è molto veloce, ci vuole un po' di tempo prima che la luce emessa raggiunga l'oggetto e torni indietro. Questo cosiddetto "tempo di volo" può quindi essere convertito di conseguenza in una distanza e in una vera coordinata 3D." I sofisticati sensori del sistema, che raccolgono i riflessi di luce riflessa, può rilevare anche miliardesimi della luce riflessa.

Il principio – originariamente sviluppato dai due ricercatori del Fraunhofer IOF per Jena-Optronik e il Centro aerospaziale tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) – è già stato testato con successo durante la manovra di attracco di un trasportatore spaziale presso la Stazione Spaziale Internazionale ISS. In precedenza, il sistema laser era stato installato in un sensore della società aerospaziale della Turingia Jena-Optronik GmbH ed è stato lanciato nel 2016 con il trasportatore di rifornimento autonomo ATV-5. Il sistema di Jena Optronik eccelle anche nell'efficienza energetica:il laser in fibra funziona con una potenza totale inferiore a 10 watt, che è significativamente inferiore a un laptop commerciale, ad esempio.