Kleine Einschläge mit großer Wirkung - Wie Mikrometeroiden empfindliche Satellitensensoren stören können

Kleine Einschläge mit großer Wirkung - Wie Mikrometeoroiden Empfindliche Satellitensensoren Stören Können

Beim Impakt auf ein Raumfahrzeug werden Fragmente ausgeschleudert. Mit der am EMI entwickelten Fragmentverfolgungsmethode können die Eigenschaften dieser Fragmente erstmals detailliert vermessen werden. Ziel ist es, den Einfluss der Weltraumteilchenumgebung auf Bahn und Lage von Satelliten vorherzusagen.

© CC BY 4.0 – composition and rendering by University of Florida/Simon Barke is licensed under Creative Commons Attribution International license (CC BY 4.0)
Darstellung der LISA-Konstellation vor der Erde.

Bei Einschlägen mit kosmischen Geschwindigkeiten entstehen nicht nur Krater: Das vormals im Krater enthaltene Material wird als Fragmente mit hoher Geschwindigkeit aus dem Krater ausgeworfen. Bei geologischen Impaktereignissen lagert sich ein Teil des Auswurfs um den Krater an, ein anderer Teil wird zurück ins Weltall geschleudert. Bei Einschlägen auf Raumfahrzeuge (durch Raumfahrtschrott oder Mikrometeoroiden) finden dieselben Prozesse statt: Durch den zusätzlichen Impuls der Fragmente wird der Satellit stärker aus seiner Bahn ausgelenkt, als wenn er den Impaktor einfach nur »geschluckt« hätte. Über die Eigenschaften dieser Fragmente, insbesondere deren Geschwindigkeiten, war bisher nur wenig bekannt.

Die für 2034 geplante LISA-Mission (Laser Interferometer Space Antenna) der ESA soll Gravitationswellen messen, wie sie beispielsweise bei der Kollision schwarzer Löcher entstehen. Dazu müssen Laserverbindungen zwischen drei Satelliten über mehrere Millionen Kilometer Abstand aufrechterhalten werden. Werden ein Satellit und damit dessen Laserstrahlen durch einen Einschlag ausgelenkt, können die Messungen gestört und unterbrochen und damit die Mission gefährdet werden.

Im Rahmen des MIRAD-Projekts (Micro-particle Impact Related Attitude Disturbances) wurden Impaktversuche auf für Raumfahrzeuge repräsentative CFK-Materialproben durchgeführt. Durch die in den vergangenen Jahren am Fraunhofer EMI entwickelte Fragmentverfolgungsmethode konnten dabei die Eigenschaften der ausgeschleuderten Fragmente erstmals detailliert vermessen werden. Insbesondere die kombinierte Messung aus Masse, Geschwindigkeit und Trajektorie (Bahnkurve) einzelner Fragmente ist weltweit einzigartig und konnte in dieser Qualität bisher nicht durchgeführt werden.

Mit dem aus diesen Daten am Fraunhofer EMI entwickelten Modell können die gemessenen Eigenschaften der Fragmente und des ausgeworfenen Materials vorhergesagt werden. Damit kann der Einfluss der Weltraumteilchenumgebung auf Bahn und Lage von Satelliten insbesondere mit empfindlichen Messgeräten vorhergesagt werden. Derzeit wird geprüft, ob sich die gefundenen Gesetzmäßigkeiten auch auf geologische Materialien und damit beispielsweise auf die Beschreibung von planetaren Impaktereignissen übertragen lassen.

© NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Ereignisse wie die hier dargestellte Umkreisung zweier schwarzer Löcher sollen durch LISA erforscht werden.
© LIGO/Caltech/ MIT/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Zwei sich umkreisende schwarze Löcher (Illustration).
© NSF/LIGO/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Ereignisse wie die hier dargestellte Kollision zweier Neutronensterne sollen durch LISA erforscht werden.