Satelliten mit Laserreflektoren orten
Neue Generation von Laserreflektoren identifiziert Satelliten eindeutig.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR erprobt eine neue Generation von Laserreflektoren für Satelliten. Damit ausgestattete Satelliten sollen sich von der Erde aus mit Lasern orten und gleichzeitig identifizieren lassen. Das Besondere an den neuen Reflektoren sind für jeden Satellit einstellbare Polarisationsoptiken. Diese verändern individuell die Eigenschaften eines reflektierten Laserstrahls, wodurch sich die Satelliten unterscheiden lassen.
Das Verfahren soll Radar-Messungen von Satellitenbahnen bei einem umfassenden Space Traffic Management unterstützen. Ausweichmanöver lassen sich dadurch effizienter durchführen, um Zusammenstöße mit Weltraumschrott oder anderen Satelliten zu verhindern. Dies hilft Treibstoff zu sparen und damit die Lebensdauer von Satelliten zu verlängern. Ein weiterer Vorteil der Laserreflektoren ist, sie funktionieren ohne Strom. Dadurch lassen sich auch ausgediente oder defekte Satelliten erkennen.
Das Messprinzip basiert auf dem etablierten Satellite Laser Ranging Verfahren: Die außen am Satelliten angebrachten Reflektoren spiegeln den Laserstrahl einer Bodenstation zu dieser zurück. „Für den Weg zwischen Station und Satellit benötigen die Laserpulse nur wenige Millisekunden. Indem wir mehrere dieser Zeitintervalle messen, können wir die Umlaufbahn des Satelliten bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen“, erklärt Nils Bartels vom DLR-Institut für Technische Physik.
Die neuen Spiegeloptiken haben einen Durchmesser von rund einem Zentimeter und wiegen wenige Gramm. Vor den Spiegelprismen der Reflektoren sind Polarisationsoptiken angebracht. Diese drehen die Polarisation des reflektierten Laserlichts. „Individuell eingestellte Reflektoren erzeugen eine charakteristische Polarisation der Laserreflexe. Dies lässt sich wie ein Code nutzen“, erläutert Bartels. „Dieser besteht aus einer Folge von mehrerer Laserpulsen mit unterschiedlicher Polarisation. Indem wir für jeden Satelliten die jeweilige Änderung der Polarisationen messen, lassen sich die Satelliten unterscheiden – wie bei einem Nummernschild.“
Das Herausfordernde ist die reflektierten Laserpulse zu messen. Nur wenige Laserphotonen kommen als auswertbarer Code zur Bodenstation zurück. Das DLR-Institut erprobt dafür hochempfindliche Messtechniken, um die einzelnen Photonen zu zählen und deren Polarisation zu bestimmen. Bisher haben die DLR-Forschenden die Technologie im Labor erprobt. Dabei haben sie die Laserreflektoren schon für den Einsatz im All getestet. Dazu zählen beispielsweise die Beugungseffekte an den Rändern der Optiken. Das sind Aufweitungen des Laserstrahls über große Distanzen, die sich durch den begrenzten Durchmesser der Gehäuse bemerkbar machen.
Als nächstes soll ein realer Test im Weltraum folgen. Dafür nutzt das Institut seine eigene Satellite Laser Ranging Station. „Wir wollen unsere Station so umbauen, dass wir damit die Laserpulse unterschiedlicher Polarisation zeitaufgelöst senden und detektieren können“, so Bartels.
DLR / JOL
