Låg omloppsbana om jorden liknar allt mer en överfull skrotgård. Nedlagda satelliter, utbrända raketsteg och tusentals skräp som producerats av kollisioner – alla dessa saker utgör ett hot mot infrastrukturen i rymden. Fraunhofer-forskare har utvecklat ett nytt radarsystem och annan teknik för att ge rymdfarkoster bättre skydd mot rymdskräp. Och det är inte allt:i kraft av en smidig liten satellit, forskarna gör nu också tillgången till rymden snabbare och mer kostnadseffektiv.

Vrakbitar som susar runt utgör en allvarlig fara för allt som rör sig i rymden. För att undvika detta skräp, det är viktigt att veta var den ligger.

"Med den nya GESTRA övervakningsradarn, det är möjligt att upptäcka föremål och skräp i låg omloppsbana om jorden upp till 3000 kilometer, säger Helmut Wilden, Teamledare för multifunktionell RF-sensorteknologi vid Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR i Wachtberg nära Bonn. Medan GESTRA kan skanna stora ytor i rymden dygnet runt, radarsystemet TIRA observerar enskilda objekt närmare. "GESTRA övervakar rymdens vidder för att fastställa om - och faktiskt hur många - objekt det finns. TIRA kan sedan producera en bild av de enskilda objekten, gör det möjligt att analysera dem mer i detalj, " förklarar Jens Fiege, Chef för intern och extern kommunikation på Fraunhofer FHR. Dessutom, med sina känsliga antenner, TIRA kan upptäcka föremål från bara några centimeter stora och större, gör det möjligt att mäta deras banor med hög precision.

Sårbarhetsanalyser och smart design

När kollisioner med skräp är oundvikliga, robusta material och smart design hjälper till att skydda satelliter mot allvarliga skador. Den nya PIRAT-mjukvaran från Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI, i Freiburg beräknar om satellitdesignen eller enskilda komponenter skulle motstå en kollision. För detta ändamål, PIRAT faktorer i flygbanan för det planerade uppdraget och partikelpåverkan som kan förväntas i den regionen. I kombination med experimentell simulering av kollisioner, forskarna vid Fraunhofer EMI skapar faktabaserade sårbarhetsanalyser och skyddskoncept. "PIRAT gör det möjligt att fastställa felsannolikheten för enskilda komponenter – även inuti satelliten – om en bit rymdskräp tränger igenom ytterväggen vid kollision och breder ut sig som ett moln av fragment, " förklarar Dr. Martin Schimmerohn från Fraunhofer EMI. "Genom den smarta placeringen av komponenter och tillägget av tunna skyddande lager, du kan hitta en säker design med minimal påverkan på det övergripande systemet."

Liten satellit med 3D-printad komponent

Tack vare innovativ Fraunhofer-teknik, det kommer inte bara att bli säkrare att resa till rymden i framtiden, men också snabbare och mer kostnadseffektivt. I form av ERNST, forskare vid Fraunhofer EMI har utvecklat en liten satellit som är lätt, pålitlig och multifunktionell, vilket kommer att göra det möjligt att minska utvecklingskostnaderna och tiden till omloppsbana. "Rent generellt, flera små satelliter åker piggyback med stora bärraketer – det gör att även små grupper av forskare med begränsade ekonomiska resurser kan utföra tester i rymden. I forskning, detta är ett viktigt steg framåt för oss, säger Thomas Loosen, Chef för Fraunhofer Space Alliances administrativa kontor. Även om små satelliter inte kan transportera någon tung nyttolast, de kan kopplas samman för att bilda större konstellationer, gör det möjligt för dem att tillhandahålla tjänster som global jordobservationstäckning i hög kvalitet.

När den fördes i omloppsbana 2021, ERNST kommer att utrustas med en infraröd kamera för jordobservation. Intressant, kameran är monterad på ett speciellt fäste som kallas en optisk bank, som tillverkades med hjälp av metallisk 3-D-utskriftsteknik. 3D-utskriftsmetoder ger nya, nästan obegränsad designfrihet samt kortare produktionstider. Före nu, de har använts mycket begränsat inom rymdsektorn på grund av de stränga säkerhets- och kvalitetsstandarderna. Med ERNST nanosatelliten, forskarna vid Fraunhofer EMI har nu en testplattform till sitt förfogande för att demonstrera denna lovande framtidens teknologi.