Satelliti danneggiati: Definire in modo affidabile il movimento proprio
Oggetti incontrollati o anche satelliti danneggiati in orbita terrestre comportano rischi enormi per i satelliti funzionanti. Da aprile 2012, anche il satellite ambientale europeo ENVISAT vola intorno alla terra incapace di manovrare. Il Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques FHR ha sviluppato metodi per determinare con precisione la rotazione intrinseca di questo satellite - e quindi sostenere efficacemente una "missione de-orbiting".
I satelliti accidentali non sono semplici detriti spaziali, ma rappresentano un grande pericolo per gli oggetti volanti in orbita. L'ex satellite ambientale ENVISAT è uno dei più grandi veicoli spaziali mai catapultati in orbita dall'Agenzia Spaziale Europea ESA. Nel 2002, il satellite ambientale da 2,3 miliardi di euro, che pesa circa otto tonnellate, è stato lanciato e ha svolto in modo affidabile i suoi compiti - monitorare il clima della nostra Terra, gli oceani e le aree terrestri - fino al 2012. Poi ha perso il contatto con il satellite ENVISAT.
Il satellite di osservazione della Terra vola in un'orbita terrestre bassa ad un'altitudine di circa 800 km - una regione dell'orbita terrestre con un'alta densità di popolazione di oggetti spaziali. "I detriti spaziali sono un grosso problema nel volo spaziale vicino alla Terra. Il volo ora incontrollato di ENVISAT significa un rischio quotidiano di collisioni con satelliti attivi e veicoli spaziali", sottolinea il Dr.-Ing. Delphine Cerutti-Maori, portavoce della Space Business Unit al Fraunhofer FHR. "Inoltre, un ulteriore rischio potenziale si presenta perché le collisioni possono contribuire alla creazione di nuovi detriti, che a loro volta potrebbero scontrarsi con altri oggetti - un pericoloso effetto valanga".
"De-orbitare" con metodo
Per affrontare adeguatamente la situazione, l'ESA sta cercando soluzioni per portare ENVISAT in un'orbita più bassa e infine per farlo bruciare nell'atmosfera terrestre in modo controllato e sicuro. Tuttavia, queste cosiddette "missioni di de-orbiting" possono avere successo solo se il movimento rotazionale intrinseco del satellite è correttamente determinato in anticipo. Solo allora si può determinare quale metodo deve essere usato per catturare il satellite. "Il nostro radar di osservazione spaziale TIRA combina un radar di imaging in banda Ku e un radar di inseguimento dei bersagli in banda L", spiega il Dr.-Ing. Ludger Leushacke, capo del dipartimento Radar per l'osservazione spaziale al Fraunhofer FHR.
"Rispetto ai sistemi ottici, il nostro sistema radar offre vantaggi decisivi: Completa indipendenza dal tempo locale, capacità operativa di giorno e di notte, e una risoluzione completamente indipendente dalla distanza dell'oggetto. Inoltre, possiamo determinare la velocità di rotazione sia di oggetti a rotazione rapida come ENVISAT che di oggetti a rotazione lenta", spiega il capo del dipartimento radar del Fraunhofer FHR. I dati radar grezzi di ENVISAT registrati con TIRA vengono elaborati e successivamente valutati con metodi speciali sviluppati al Fraunhofer FHR.
moto proprio degli oggetti spaziali
La conoscenza precisa del movimento corretto degli oggetti spaziali è fondamentale per sostenere le missioni spaziali. Consente un'assistenza e una consulenza acuta in situazioni di emergenza, supporta la valutazione concreta dei danni e analizza l'allineamento dei pannelli solari al sole per verificare se l'alimentazione necessaria di un satellite è assicurata. Inoltre, fornisce informazioni preziose e criteri decisivi per la pianificazione delle missioni di de-orbiting.
Analisi a lungo termine dell'auto-rotazione
Le immagini radar ad alta risoluzione sono generate utilizzando la rotazione relativa dell'oggetto osservato rispetto al sistema radar stazionario. Così facendo, l'oggetto viene illuminato da diversi angoli di osservazione. Tuttavia, la scalatura trasversale nell'immagine radar dipende dalla velocità di rotazione effettiva, che a sua volta deve essere ottenuta prima dai dati. "Per superare questo problema nell'acquisizione delle immagini, il nostro team di esperti ha sviluppato una metodologia adeguata che utilizza modelli wireframe degli oggetti per stimare correttamente la scalatura trasversale", spiega Cerutti-Maori. "A questo scopo, un modello wireframe dell'oggetto viene proiettato manualmente su diverse immagini di un passaggio. L'evoluzione temporale delle proiezioni su un passaggio può quindi essere utilizzata per stimare in modo affidabile il vettore di rotazione dell'oggetto".
Nessuna collisione
Per l'analisi dello sviluppo a lungo termine del moto proprio di ENVISAT, sono state utilizzate le osservazioni del periodo dal 2011, poco prima che il contatto fosse interrotto, al 2016. In servizio regolare, ENVISAT ruotava relativamente lentamente a circa 0,06°/s, che corrispondeva a un giro per orbita terrestre. Poco dopo che il collegamento è stato rotto l'8 aprile 2012, è stato osservato un aumento della rotazione propria a quasi 3°/s, circa 45 giri per orbita. Questo aumento della velocità di rotazione propria non indica una collisione con altri oggetti, poiché l'aumento è stato graduale e non improvviso, è la conclusione dei ricercatori del Fraunhofer FHR.
Dalla metà del 2013, si può osservare un rallentamento della velocità di rotazione: Era circa 1,6°/s alla fine del 2016. "Le nostre indagini possono contribuire significativamente a sostenere una rimozione controllata dell'ENVISAT danneggiato in futuro, se l'ESA decide di farlo", dice Leushacke.
