Modificación de las trayectorias de desechos espaciales a través de láseres: Dependencia del acoplamiento térmico e impulso en las propiedades del material y de la superficie
Autores: Keil, Denise; Scharring, Stefan; Klein, Erik; Lorbeer, Raoul-Amadeus; Schumacher, Dennis; Seiz, Frederic; Sharma, Kush Kumar; Zwilich, Michael; Schnörer, Lukas; Roth, Markus; Ben-Larbi, Mohamed Khalil; Wiedemann, Carsten; Riede, Wolfgang; Dekorsy, Thomas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modificación de las trayectorias de desechos espaciales a través de láseres: Dependencia del acoplamiento térmico e impulso en las propiedades del material y de la superficie
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Contaminación ambiental
Desechos espaciales
Eliminación de naves espaciales
órbita baja terrestre
Ablación por láser
Acoplamiento por impulso
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La contaminación ambiental existe no solo en nuestra atmósfera, sino también en el espacio. Los desechos espaciales son un problema crítico de la infraestructura espacial moderna y futura. Las órbitas congestionadas plantean la cuestión de la eliminación de naves espaciales. Por lo tanto, los satélites de última generación vienen con un sistema de desorbitado en casos de órbita terrestre baja (LEO) y con propulsores para transferirse a la órbita de cementerio para órbitas geoestacionarias y geosincrónicas. No hay una solución práctica disponible para los objetos de desechos que provienen de eventos de fragmentación. El presente estudio se centra en objetos en órbitas LEO con dimensiones en la clase peligrosa de 1 a 10 cm. Nuestro método asumido para el cambio de trayectorias de los desechos espaciales es la ablación láser para evitar colisiones o la eliminación completa mediante sistemas láser basados en tierra. Así, realizamos un estudio experimental de viabilidad con enfoque en el acoplamiento térmico e impulso entre el láser y la muestra. Se llevaron a cabo experimentos de caída libre con un pulso láser de 10 ns a nominalmente 60 J y 1064 nm con el láser nhelix de GSI Darmstadt en varios materiales de muestra con diferentes superficies. Se registraron la masa ablada, el calentamiento y la trayectoria. Además, investigamos la influencia de la rugosidad de la superficie de la muestra en la interacción láser-objeto. Medimos coeficientes de acoplamiento de impulso entre 7 y 40 uNs/J y coeficientes de acoplamiento térmico entre el 2% y el 12.5%, ambos dependiendo de la fluencia del objetivo, la rugosidad de la superficie y el material. La masa ablada y los cambios en la rugosidad de la superficie se consideraron a través de simulaciones para discriminar su relevancia para un concepto de disparo múltiple.
Descripción
La contaminación ambiental existe no solo en nuestra atmósfera, sino también en el espacio. Los desechos espaciales son un problema crítico de la infraestructura espacial moderna y futura. Las órbitas congestionadas plantean la cuestión de la eliminación de naves espaciales. Por lo tanto, los satélites de última generación vienen con un sistema de desorbitado en casos de órbita terrestre baja (LEO) y con propulsores para transferirse a la órbita de cementerio para órbitas geoestacionarias y geosincrónicas. No hay una solución práctica disponible para los objetos de desechos que provienen de eventos de fragmentación. El presente estudio se centra en objetos en órbitas LEO con dimensiones en la clase peligrosa de 1 a 10 cm. Nuestro método asumido para el cambio de trayectorias de los desechos espaciales es la ablación láser para evitar colisiones o la eliminación completa mediante sistemas láser basados en tierra. Así, realizamos un estudio experimental de viabilidad con enfoque en el acoplamiento térmico e impulso entre el láser y la muestra. Se llevaron a cabo experimentos de caída libre con un pulso láser de 10 ns a nominalmente 60 J y 1064 nm con el láser nhelix de GSI Darmstadt en varios materiales de muestra con diferentes superficies. Se registraron la masa ablada, el calentamiento y la trayectoria. Además, investigamos la influencia de la rugosidad de la superficie de la muestra en la interacción láser-objeto. Medimos coeficientes de acoplamiento de impulso entre 7 y 40 uNs/J y coeficientes de acoplamiento térmico entre el 2% y el 12.5%, ambos dependiendo de la fluencia del objetivo, la rugosidad de la superficie y el material. La masa ablada y los cambios en la rugosidad de la superficie se consideraron a través de simulaciones para discriminar su relevancia para un concepto de disparo múltiple.