Faserlaser

Faserlaser vom Fraunhofer IOF können helfen Weltraumschrott aufzuspüren

© Foto Fraunhofer IOF

LIDAR-Laser des Fraunhofer IOF – bereits im Weltraum erprobt

Außer Dienst gestellte Satelliten, Bruchstücke von Raumstationen und Reste von Weltraummissionen stellen eine große Gefahr für die moderne Raumfahrt dar. Da die globale Wirtschaft in erheblichem Maße von Satelliten abhängt - z.B. in den Bereichen Kommunikation, Navigation oder Wettervorhersagen - würden Kollisionen mit im Orbit verbliebenen Satelliten- oder Raketenresten immense Schäden verursachen.

Dieser gefährliche »Weltraumschrott« ließe sich mit ein Lasersystem aufspüren, das zwei Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena nun entwickelt haben. Mit dessen Hilfe kann die Lage und Bewegungsrichtung von Objekte zentimetergenau bestimmt werden.

Solche Lasersysteme müssen außerordentlich leistungsfähig sein, um den extremen Bedingungen des Weltalls standhalten zu können. Dazu zählt nicht nur die hohe physische Belastung während des Starts der Trägerrakete, bei der sie starken Vibrationen ausgesetzt sind, sondern auch die hohe Strahlungsbelastung, die niedrige Energieversorgung und die extremen Temperaturschwankungen an ihrem Einsatzort im niedrigen Erdorbit.

Zudem soll die Analyse der Weltraumtrümmer über vergleichsweise große Distanzen hinweg möglich sein. Dazu muss der Laser zunächst durch eine Glasfaser geleitet und verstärkt werden, anschließend wird er auf seine mehrere Kilometer lange Reise geschickt. Zur Bestimmung von Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Eigenrotation der Objekte, werden sehr kurze Laserpulse (nur wenige Milliardstel einer Sekunde) an verschiedene Positionen im Raum geschossen - bis zu 20.000 Impulse pro Sekunde sind mit dem Jenaer Laser möglich. Falls sich ein Objekt an einer dieser Positionen befindet, wird ein Teil der Strahlung an einen in das System integrierten Scanner zurückreflektiert. Obwohl das ausgesendete Licht sehr schnell ist, braucht es trotzdem eine gewisse Zeit, um vom Laser zum Objekt und wieder zurück zu gelangen. Diese Pulslaufzeit kann dann in eine Distanz und so in ein echtes 3D-Koordinate umgewandelt werden.

Das Prinzip wurde bereits erfolgreich bei einem Andock-Manöver eines Raumtransporters an die Internationale Raumstation getestet. Das Lasersystem wurde in einem Sensor des Thüringer Raumfahrtunternehmen Jena-Optronik GmbH verbaut und im Jahr 2016 mit dem autonomen Versorgungstransporter (ATV-5) ins Weltall geschickt.