AROSA - Der Einsatz von Laser-Entfernungsmessungen für Sicherheitsanwendungen im Weltraum

Aufgrund des rasanten technologischen Fortschritts der letzten Jahrzehnte ist die satellitengestützte Infrastruktur für unser tägliches Leben unverzichtbar. Dazu gehören zum Beispiel satellitengestützte Navigations-, Meteorologie- und Kommunikationssysteme. Eine Verschlechterung der gewohnten Dienste ist daher für jeden sofort bemerkbar. Seit dem Beginn des Weltraumzeitalters in den frühen 1960er Jahren nimmt die Anzahl von Objekten im Weltraum stetig zu. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) zählt derzeit mehr als 20000 Objekte, die größer als 10 cm sind und sich in niedrigen Umlaufbahnen um die Erde befinden. Dies bedeutet, dass eine hochpräzise Positionsbestimmung der verschiedenen Weltraumobjekte unabdingbar ist, um die Anzahl der Manöver zu verringern, die von aktiven Satelliten durchgeführt werden müssen, um Kollisionen mit Weltraummüll zu vermeiden. Das Ziel des Projekts AROSA ist es, einen nachhaltigen und innovativen Beitrag zu den Forschungsbereichen Weltraumwetter und Weltraumschrott zu leisten, indem beide Schwerpunkte nicht nur einzeln, sondern auch in Kombination behandelt werden. Speziell während Phasen von hoher Sonnenaktivität kommt es zu starken Schwankungen in der oberen Erdatmosphäre, die die Umlaufbahn von Satelliten beeinflussen. In den FFG-Projekten SWEETS und CASPER konnte gezeigt werden, dass starke Sonneneruptionen wie koronale Massenauswürfe in der Lage sind, bei niedrig fliegenden Satelliten Höhenverluste von 50 bis 100 m auszulösen. Die dabei aufgebaute Wissengrundlage hinsichtlich der Einflüsse von Weltraumwetter auf Satelliten basiert jedoch ausschließlich auf Messungen zu aktiven Satelliten. Diese Einschränkung soll nun, mit Hilfe von Laserdistanzmessungen zu passiven Satelliten und Weltraummüll, aufgehoben werden. Die höhere Anzahl an beobachtbaren Objekten in der Erdatmosphäre (in unterschiedlichen Höhen) soll zu einem besseren Verständnis von Ereignissen wie dem Starlink-Event führen, bei dem es im Februar 2022 zum Absturz von 38 Satelliten aufgrund eines Sonnensturms kam. Eng damit verbunden ist ein weiteres Ziel des Projektes - die Verbesserung der Positionsbestimmung von Weltraumschrott. Beide Themenschwerpunkte sind insofern miteinander verknüpft, als das eine genauere Bahnbestimmung auch eine Verbesserung in der Dichtebestimmung bedeutet. Und im Gegenzug hat die erweiterte Kenntnis über den Zustand der Erdatmosphäre wiederum einen positiven Einfluss auf die Kräftemodellierung bei der Bahnbestimmung. Für die Verbesserung der Positionsbestimmung ist eine Kombination von Laserentfernungs- und Richtungsmessungen angedacht. Die Basis dafür bildet Plate Solving – eine Technik, welche die Position von Sternen auf Bildern benutzt, um Richtungsinformationen abzuleiten. Die Ergebnisse sollen anderen Laserstationen zeigen, dass eine Verbesserung der Beobachtungen kostengünstig umgesetzt werden kann. Dies wäre hilfreich, um durch die Kombination der Beobachtungen eine höhere Genauigkeit bei der Positionsbestimmung von Weltraumschrott zu erreichen. In diesem Sinne soll mit dem Projekt AROSA ein wesentlicher Beitrag zu Fragen der Weltraumsicherheit geleistet werden und zudem die Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Graz und dem Institut für Weltraumforschung verstärkt werden. Dies würde sowohl den Wissenschaftsstandort Graz als auch die österreichischen Aktivitäten in Bezug auf nachhaltiges Verhalten und Verantwortung für das Thema Weltraummüll und Weltraumwetter stärken.