Präzise Detektion von Space Debris

Space-Debris, menschliche Raumfahrtrückstände im Orbit, droht wegen seiner hohen Einschlagsgeschwindigkeiten selbst kleinerer Objekte die Funktion eines Satelliten zu beeinträchtigen. Die kleine Größe und die hohe Energiedichte sind neben Ihrer Gefährlichkeit auch der Grund für deren schwere Beobachtbarkeit. Bodengestützte Messungen mit Radaren und Teleskopen sind auf zentimetergroße Objekte beschränkt. Für kleinere Objekte kommen In-Situ-Detektoren in Frage. Trotz einer langen Historie solcher Detektoren im Orbit, ist deren Erfolgsquote derart gering, dass Space-Debris zu den unbekanntesten Größen der Orbitumwelt zählt.

Für die europäische Raumfahrtagentur hat das Fraunhofer EMI verschieden Detektionskonzepte untersucht. Ausgangspunkt der Entwicklung waren ambitionierte Anforderungen zur Messgenauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit eines solchen Detektors. Das erfolgreich entwickelte Konzept eines »Large Area Low Resource Impact Detector«, LArID, besteht aus zwei dünnen Lagen, die vom einem Space-Debris-Partikel durchschlagen werden. Die Lagen sind auf deren Ober- und Unterseite mit nur 188 µm breiten, senkrecht zueinander ausgerichteten Leiterbahnen versehen. Die Durchtrennung dieser Leiterbahnen beim Einschlag führt zum Verlust deren Leitfähigkeit. Durch die Messung des Zeitpunkts dieses Ereignisses, sowie der Lage der durchtrennten Leiterbahnen, kann die Geschwindigkeit, die Bahn und die Größe des Partikels zurückverfolgt werden. Zusätzliche Photodioden messen den Zeitpunkt des Erscheinens der Plasmablitze beim Einschlag als redundante Messung.

Ein besonderes Designmerkmal ist die Modularität des Detektors. Die Elektronik ist in die Seitenwände einer Grundeinheit integriert, durch deren Kombination eine große Detektionsoberfläche erreichbar ist. Nach erfolgreichen Labortests, haben wir verschiedene Missionsszenarien an Bord der ISS skizziert sowie bei Satelliten die weitere Entwicklung. So hoffen so einen Beitrag zur Erfassung von Space Debris zu leisten.