Satellitenkollisionen verhindern: SMARTnet

Satellitenkollisionen verhindern: SMARTnet™
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Satellitenkollisionen verhindern mit SMARTnet™
Freitag, 7. April 2017
Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und
Raumfahrt (DLR) hat zusammen mit dem Astronomischen Institut der Universität Bern die erste
Teleskopstation in Südafrika in Betrieb genommen: Die Station dient zur permanenten
Überwachung des geostationären Orbits und ist Teil des SMARTnet™-Netzwerkes (Small
Aperture Robotic Telescope Networks). Ihre Sensoren liefern wichtige Informationen, um
Kollisionen im täglichen Satellitenbetrieb zu verhindern. Mit Hilfe der gewonnenen Daten
werden die vom GSOC betriebenen Satelliten in Zukunft noch sicherer gesteuert werden
können.
Vorhersage ist alles
Das GSOC in Oberpfaffenhofen betreibt seit über 40 Jahren erfolgreich Satelliten, erdnah und
geostationär. Die geostationären Satelliten werden hauptsächlich für Kommunikation genutzt
und umkreisen die Erde in rund 36.000 Kilometer Höhe. Orbits, in denen sie Weltraumschrott
ausgesetzt sind. Bei einer Kollision zwischen Weltraumschrott und einem Satelliten könnte
dieser beschädigt oder sogar zerstört werden. Die entstehenden Fragmente können auch alle
anderen geostationären Satelliten gefährden. Um das zu verhindern, müssen die Bahnen jedes
Schrotteilchens möglichst genau vermessen und dem Satellitenbetreiber bekannt sein. Im Fall
einer möglichen Kollision führt das Kontrollzentrum ein Ausweichmanöver durch und bewegt
den Satelliten auf eine entsprechend andere Bahn.
Die Hauptaufgabe des Small Aperture Robotic Telescope Networks "SMARTnet™" ist es nun,
Daten zu sammeln, die genauere Vorhersagen ermöglichen. Die beiden ersten Stationen
befinden sich in Zimmerwald in der Schweiz und nun in der Nähe von Sutherland in Südafrika.
Mit diesen beiden Stationen werden Objekte mit einer Größe von mehr als 30 Zentimeter im
geostationären Orbit beobachtet, detektiert und verfolgt. Aus den gewonnenen Daten werden
Bahndaten berechnet, die eine Vorhersage der Bahnen für knapp eine Woche erlauben.
Bislang erhält das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum die Warnungen vom amerikanischen
Joint Space Operation Center, das über mehrere Kataloge von Weltraumschrott verfügt. In der
Vergangenheit hat sich jedoch gezeigt, dass die Aufstellungen von geostationären Objekten
nicht vollständig sind. Das vom DLR und der Universität Bern betriebene Netzwerk
SMARTnet™ versucht diese Datenlücke zu schließen, um einen sichereren Betrieb zu
gewährleisten.
"First Light" aus Südafrika
In Südafrika herrschen hervorragende Beobachtungsbedingungen, die an fast 300 Nächten im
Jahr den Blick in den Weltraum erlauben. Die neue SMARTnet™-Station wurde mit tatkräftiger
Unterstützung der südafrikanischen Raumfahrtagentur SANSA (South African Space Agency)
auf dem Observationsgelände in Sutherland aufgebaut. Betrieben wird die Teleskopstation
vollautomatisch von Deutschland und der Schweiz aus, mit einer Vorprozessierung der Bilder
vor Ort. Die Infrastruktur dazu stellt das South African Astronomical Observatory (SAAO).
Am 3. April 2017 erstellte die Station dann das erste offizielle Bild vom geostationären Orbit –
ein "first light".
Das spezielle Teleskopsystem dazu wurde in den letzten vier Jahren vom GSOC zusammen mit
Experten des Astronomischen Instituts der Universität Bern (AUIB) zusammengestellt: Das
System besteht im Wesentlichen aus einem 20-Zentimeter-Teleskop und einem 50-ZentimeterTeleskop, zwei Kameras, mehreren Computern sowie Software, um das System zu betreiben
und die gewonnenen Daten auszuwerten. Die Auswertungssoftware wurde am AUIB entwickelt
und ist bereits seit mehreren Jahren erfolgreich im Einsatz.
Das kleine Teleskop hat ein großes Gesichtsfeld zur schnellen Durchmusterung des Himmels,
das große Teleskop dient zur präzisen Nachvermessung der gefundenen Objekte. Für eine
Aufnahme wird ein Teleskop angehalten und eine Aufnahme mit circa acht Sekunden
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Belichtungszeit erstellt. Auf dieser Aufnahme erscheinen die geostationären Objekte als Punkte,
die wandernden Sterne hingegen hinterlassen Strichspuren. Die Positionen der Sterne sind
bekannt, so dass sich im Rückschluss die Position der Fremdobjekte in der Aufnahme
bestimmen lässt. Vergleicht man mehrere Aufnahmen hintereinander, kann nun dasselbe
Objekt auf mehreren Aufnahmen identifiziert und als sogenanntes "Tracklet" zusammengefasst
werden. Abschließend werden mehrere Tracklets korreliert, daraus eine Bahn bestimmt und
diese in einer Datenbank abgelegt.
Testkampagnen während der letzten zwei Jahre im Zimmerwald-Observatorium haben gezeigt,
dass dadurch Satellitenbahnen mit einer Genauigkeit von mehr als 200 Meter bestimmt werden
können – für eine Kollisionsanalyse mehr als ausreichend. Weiterhin ist die schwierige Aufgabe
gelungen, mehrere eng beieinander liegende Satelliten in einer Aufnahme eindeutig zuzuordnen
und Manöver von Satelliten auf knapp zehn Prozent genau abzuschätzen.
Nächste Station: Australien und Südamerika
Die Stationen in der Schweiz und Südafrika sind erst der Anfang. Um das Sichtfeld zu
vervollständigen und alle Objekte im geostationären Orbit beobachten zu können, soll das
Netzwerk von SMARTnet™ erweitert werden. Zwei neue Stationen sind bereits geplant, jeweils
in Australien und Südamerika. Da die Daten mit der Anzahl der Stationen besser werden, sind
weiterhin Kooperationen mit internationalen Teleskopbetreibern geplant. Alle Partner können
dann gemeinsam auf sämtliche im Netwerk gewonnenen Daten zugreifen.
Die SMARTnet™-Daten dienen jedoch nicht nur der Kollisionsvermeidung. Vielmehr sollen die
Daten wichtige Erkenntnisse über die physikalischen Hintergründe im geostationären Orbit
liefern. Der Forschungscharakter der Aufgaben ist vielschichtig: Helligkeitsschwankungen,
Bahnänderungen oder spektrale Beobachtungen liefern Hinweise auf die Physik der
Umgebung. Mit Hilfe der Messdaten soll eine bessere Beschreibung der physikalischen
Verhältnisse gelingen, um zukünftig Bahnen besser vorherzusagen und die dort herrschenden
Verhältnisse besser zu charakterisieren. So können Satellitenkollisionen künftig besser
vermieden werden.
Zuletzt geändert am: 05.04.2017 20:32:49 Uhr
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Kontakte
Bernadette Jung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Kommunikation Oberpfaffenhofen, Weilheim, Augsburg
Tel.: +49 8153 28-2251
Fax: +49 8153 28-1243
[email protected]
Dr. Hauke Fiedler
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Raumflugbetrieb und Astronautentraining
Tel.: +49 8153 28-3358
[email protected]
SMART-01: Teleskopstation in Südafrika
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Erste Teleskopstation des SMARTnet™ in Sutherland/Südafrika zur Überwachung des
geostationären Orbits. Aus dem Container wird die Station überwacht und gesteuert.
Quelle: H. Fiedler.
First Light: Erstes Trackingbild aus dem geostätionären Orbit
"First Light" - das erste Bild der Station in der Nähe von Sutherland. Die Strichspuren kommen
von Sternen, Punkte spiegeln Objekte im geostationären Orbit wider.
Quelle: SMARTnet™-DLR/AIUB.
Links
GSOC: Space Situational Awareness (SSA)
(http://www.dlr.de/rb/desktopdefault.aspx/tabid-10156/17320_read-41664/)
DLR Raumfahrtmanagement: Weltraummüll-Forschung
(http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2265/3376_read-5091/)
Weltraumschrott
(desktopdefault.aspx/tabid-10617)
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