Ny laserstation visar vägen till skräpminskning

Ny laserstation visar vägen till skräpminskning

ESA:s laseravståndsstation på Teneriffa riktar sin gröna laser mot himlen. Kredit: European Space Agency

ESA:s laseravståndsstation Izaña-1 på Teneriffa, Spanien, har nyligen genomgått månader av tester och driftsättning och klarat sina sista tester med glans. När den nådde “stationsacceptans” överlämnades den till ESA från det tyska företaget som kontrakterats för att bygga det, DiGOS. Stationen är en teknologisk testbädd och ett viktigt första steg för att göra skräpbekämpning allmänt tillgänglig för alla rymdaktörer med inflytande över framtiden för vår rymdmiljö.

Från satellitspårning till skräp

Föreställ dig att lasrar pekar från jorden upp i himlen, letar efter satelliter och bitar av rymdskräp och mäter deras positioner och banor för att förhindra katastrofala kollisioner. Du behöver inte anstränga dig för hårt – det här är nästan den dagliga verkligheten på ESA:s nya laseravståndsstation Izaña 1 (IZN-1) på Teneriffa, Spanien.

IZN-1, utvecklad och nu driven av ESA, är en testbädd för framtida teknologier och installerades i mitten av 2021 vid Teide-observatoriet. Stationen, teleskopet och lasern har genomgått månader av testning och driftsättning och har sedan juli förra året riktat den gröna strålen av koncentrerat ljus mot himlen för att aktivt upptäcka, spåra och observera aktiva satelliter.

För närvarande arbetar lasern på 150mW men den kommer snart att uppgraderas så att den även kan spåra skräpobjekt med en mycket kraftfullare infraröd laser med en genomsnittlig effekt på 50 watt.

“För närvarande kan endast satelliter utrustade med retroreflektorer spåras från ESA:s Izaña-station, som bara utgör en del av den totala befolkningen”, förklarar Clemens Heese, chef för optisk teknik.

“Stationen kommer att uppgraderas under de kommande åren, vilket gör det möjligt för den att utföra samma viktiga avståndstjänster med icke-samarbetsvilliga mål – vitalt, skräpobjekt och äldre satelliter utan retroreflekterande patchar.”

Den första av många i Europa

Medan dussintals laserspårningsstationer finns utspridda runt om i Europa, gör Izaña-stationens dubbla funktionalitet den till en första. Byggd av det tyska företaget DiGOS, den fjärrstyrda Izaña-stationen kan också användas för optisk kommunikation och är avsedd att bli ett toppmodernt, helt autonomt robotsystem. Det är förhoppningsvis det första av många över hela världen.

Kredit: European Space Agency

Tekniken, relativt ny i historien om markbaserade observationer av rymdskräp, kommer att innebära att stationen kan spåra tidigare osynliga nedlagda objekt som lurar ovanför den blå daghimlen.

Som ESA:s nyaste tillskott till Space Safety-familjen ger Izana-1 stöd för att undvika kollisioner och ger en testbädd för ny hållbar teknik som överföring av lasermomentum eller koordinering av rymdtrafik.

Sådan satellit- och skräpspårningskapacitet i Europa skulle kunna bidra till att bygga och få tillgång till en europeisk katalog över rymdobjekt.

Lasrar i rymden. Är det … säkert?

Men håll ut, det finns fåglar, flygplan, astronauter ovanför oss! Medför det inte en oacceptabel risk att rikta lasrar mot himlen? Lyckligtvis skulle lasrar som används för satellit- och skräpspårning vara en besvikelse för alla Bond-skurkar med självrespekt.

I slutändan kommer IZN-1-stationen att använda en effekt på under 100 watt, vilket ger Izaña-lasern ungefär 1/20 av energin i en vattenkokare.

Dessa exakta ljuskällor lyser korta ljuspulser mot sitt mål, och bestämmer avståndet, hastigheten och omloppsbanan för var och en med millimeterprecision, beräknat från den tid det tar att slutföra returresan.

Även om sådana lasrar inte kommer någonstans i närheten av att skära igenom, eller ens knuffa (ännu) objekten de riktar sig mot, kan de skada känsliga optiska instrument på satelliter och flygplanens vägar måste beaktas.

“Om lasrar träffar flygplan kan de vara mycket farliga, eftersom piloter kan bli distraherade och i värsta fall förlora kontrollen”, förklarar Andrea di Mira, ESA optoelektronikingenjör.

Ny laserstation visar vägen till skräpminskning
Rymden kan tyckas vara en tom, vidsträckt vidd, men satelliter i jordens omloppsbana står inför en konstant risk för kollision – med andra satelliter, döda eller levande, eller med fragment av skräp. Det är nu rutin för operatörer av rymdfarkoster på trafikerade motorvägar att avleda sitt uppdrag ur vägen. Faktum är att på ESA utför varje flygat uppdrag i genomsnitt två “kollisionsundvikande manövrar” per år. Dessa manövrar är kostsamma. Timmar tillbringas på marken för att övervaka himlen, beräkna risken och planera manövrar, för att inte tala om det extra bränsle som spenderas och missade vetenskap och data som samlas in medan instrumenten är avstängda. Kredit: ESA / UNOOSA

“Vi är väldigt, väldigt försiktiga med att detta inte händer, med en uppsättning sensorer som skannar himlen efter flygplan för att säkerställa att våra lasrar inte kommer nära dem på avstånd.”

Dessa lasrar har också potential att störa teleskop som studerar natthimlen. För att förhindra detta introducerades Laser Traffic Control System (LTCS) av Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) – precis som IZN-1 hjälper till att förhindra kollisioner mellan objekt i omloppsbana, förhindrar LTCS-mjukvaran “kollisioner” mellan laserljus och observationsområden. Dessutom kan byte till en infraröd laserfrekvens minimera konflikter med astronomer.

Ett viktigt steg mot rymdtrafikkontroll

När eran av New Space nu är i full gång skjuts stora konstellationer upp mot himlen bestående av tusentals, ibland tiotusentals satelliter.

Nuvarande, kostsamma metoder för att undvika kollisioner kommer att vara meningslösa när antalet ökar och som sådan kommer det internationella rymdsamfundet att behöva etablera en metod för rymdtrafikkontroll.

För detta kommer exakt och snabb bestämning av rymdobjekts plats, hastighet och omloppsbana att vara avgörande, och ESA:s IZN-1-station kommer att tillhandahålla en välbehövlig testbädd för att denna teknik, mycket mer exakt än nuvarande radarmetoder, ska kunna utvecklas.

Laserfokus på framtiden

Inom en snar framtid kommer ESA:s IZN-1-station att vara en helt autonom, högproduktiv satellit- och skräpspårningsstation. Den kommer också att användas för att testa konceptet med “laseravstånd från rymdskräp i nätverk” för att bygga en satellitkatalog.

När det gäller optisk kommunikation kommer den också att uppgraderas för att ta emot signaler med en mycket hög datahastighet på 10 gigabit och däröver (i enlighet med internationella standarder) från satelliter i låg omloppsbana runt jorden 400 km bort.

Ny laserstation visar vägen till skräpminskning
ESA:s laseravståndsstation på Teneriffa lyser upp problem med skräp. Kredit: European Space Agency

Izaña kommer då att bli en del av ett planerat European Optical Nucleus Network, den första operativa markstationstjänsten för optisk kommunikation i sitt slag som kommer att göras tillgänglig för den bredare kommersiella rymdgemenskapen.

Utöver allt detta ger stationen en möjlighet att testa och utveckla teknologier som stöder “lasermomentumöverföring”, där lasrar inte bara skulle lysa ett ljus på skräpobjekt utan mycket försiktigt knuffa dem in i nya banor, ur vägen för potentiella kollisioner och ut från de mest trafikerade orbitala motorvägarna.

Eftersom IZN-1 välkomnas till ESA:s Space Safety-familj, så är en ljus framtid för hållbar teknik, avgörande för en ansvarsfull framtid i omloppsbana och utanför.

Att skydda det moderna livet

Vi är nu beroende av sammanlänkade teknologier, i rymden och på jorden, för våra vardagliga liv. Men den här infrastrukturen, och allt som förlitar sig på den, är sårbar.

Solstormar kan skada elnät, störa telekommunikationer och hota satelliter och de livsviktiga tjänster de tillhandahåller. Samtidigt som vi skjuter upp allt fler satelliter i omloppsbana skapar vi också ökande mängder skräp, vilket dramatiskt ökar risken för kollision för nuvarande och framtida uppdrag: vår framgång i rymden kan bli vår undergång.

Som en del av ESA:s framtidsvision kommer den nya Protect “acceleratorn” att säkerställa motståndskraften hos teknologier som moderniteten är beroende av. Genom att upptäcka och ge förvarning om kommande solstormar kan vi skydda vår infrastruktur i rymden och på marken. Genom att främja hållbar användning av banor runt jorden – en begränsad och begränsad resurs – kan vi säkerställa att fördelarna med rymden förblir tillgängliga för framtida generationer.


Kinasatellit i nära möte med ryskt skräp: statliga medier


Tillhandahålls av European Space Agency

Citat:Ny laserstation visar vägen till skräpreduktion (2022, 16 februari)hämtad 16 februari 2022 från https://techxplore.com/news/2022-02-laser-station-debris-reduction.html

Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.