Simulationen zur gepulsten Laserbestrahlung für die Beseitigung von Weltraumschrott

Am Institut für Technische Physik werden Lasersysteme für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in den Bereichen Sicherheit und Verteidigung entwickelt.

An den Institutsstandorten Stuttgart und Lampoldshausen bearbeiten Wissenschaftlerinnen, Ingenieureinnen und Technikerinnen interdisziplinär Fragestellungen zu den Schwerpunkten Detektion und Beseitigung von Weltraumschrott, Laser-Ferndetektion von Schadstoffen sowie Laserantriebe und Lasereffektoren.

Die steigende Zahl kleiner, unkontrollierter Objekte im Erdorbit stellt eine wachsende Gefahr für die bemannte Raumfahrt sowie für unbemannte Missionen dar. Während die Bahnen großer Elemente von Weltraumschrott, z.B. ausgebrannte Raketenendstufen, relativ genau bekannt sind, so dass Ausweichmanöver geflogen werden können und die Verlagerung der Trümmer in höhere, wenig frequentierte Orbits, denkbar ist, stellen kleinere Objekte, z.B. aus Kollisionen größerer Weltraumschrott-Objekte, im Bereich von 1 – 50 cm Größe durch ihre hohe Geschwindigkeit (> 5 km/s) ein schwer kalkulierbares Risiko dar.

Am DLR-Standort Stuttgart wird daher ein Konzept zur lasergestützten Erkennung, Bahnbestimmung und Beseitigung jener Objekte verfolgt. Durch die gepulste Laserbestrahlung eines Objektes bei Pulswiederholraten von ca. 10 – 50 Hz soll über die Änderung des Bahnimpulses eine Absenkung der minimalen Flughöhe (Perigäum) und ein Verglühen des Objekts in der Atmosphäre bewirkt werden.

In vorangegangenen Arbeiten wurde in diesem Zusammenhang die Software EXPEDIT entwickelt, die es erlaubt, den Impulsübertrag durch Laserpulse auf ein beliebig geformtes Objekt zu berechnen (http://spie.org/about-spie/press-room/press-releases/laser-nudges-may-help-destroy-space-debris-threatening-communications-navigation-on-earth-1-aug-2016).

Die Abschlussarbeit beinhaltet die Analyse der lasergestützten Beseitigung von Weltraumschrott auf der Grundlage von Simulationen mit EXPEDIT.

Dafür soll die Bahnänderung während der gepulsten Bestrahlung des Objekts durch eine boden-gestützte Laserstation untersucht werden. Relevante Untersuchungsparameter sind dabei Material, Form und Orientierung des Objekts, die Konfiguration der Laserstation, Treffergenauigkeit sowie verschiedene Überflugszenarien. Monte-Carlo-Studien sollen hier Aussagen zur Vorhersagegenauigkeit der beabsichtigten Bahnänderung ermöglichen mit dem Ziel, Handlungsempfehlungen zur effizienten Beseitigung der Objekte abzuleiten. Darüber hinaus sollen erste konzeptionelle Überlegungen angestellt werden, wie derartige Analysen an Datenbanken mit realistischen Geometrie- und Materialdaten aus Crash-Tests angebunden sowie mit Simulationsprogrammen zur Bahnpropagation mittels realer Bahndaten von Satelliten und Schrottobjekten verknüpft werden könnten. Dies soll die Entwicklung von Strategien zur erfolgreichen Beseitigung gesamter Schrottpopulationen ermöglichen und Risikoabschätzungen zu möglichen Kollisionen mit Satelliten bei der Schrottbeseitigung erlauben.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Abschlussart

Masterarbeit / Magisterarbeit

Ansprechpartner/in

Dr. Stefan Scharring
Institut für Technische Physik
Tel.: +49 711 6862-517

Branche

Luft und Raumfahrt

Anforderungen

- abgeschlossenes Grundstudium der Ingenieurwissenschaften oder der Physik (z.B. Vordiplom oder Bachelor)
- Kenntnisse im Bereich Optik und Laser sowie Programmiersprachen wie C++ sind wünschenswert

Zusatzinformationen

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Bitte richten Sie Ihre Bewerbung unter der Kennziffer 03271 an:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Personalbetreuung Stuttgart
Pfaffenwaldring 38-40
70569 Stuttgart

oder online unter:
https://www.dlr.de/dlr/jobs/desktopdefault.aspx/tabid-10820/jobid-19218/