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Erfolgreiches Experiment mit Laserstrahl
Redaktion
/ Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
8. Mai 2012
Weltpremiere in der Laserstation Zimmerwald des Astronomischen Instituts
der Universität Bern: Erstmals ist es gelungen, von einer anderen
Station ausgesandte Laserphotonen zu empfangen, die von einem Satelliten
diffus reflektiert worden sind. Die Technik könnte helfen,
Weltraumschrott besser zu orten und damit Kollisionen zu verhindern.
Von Graz nach Zimmerwald via Satellit.
Bild: Astronomisches Institut,
Universität Bern |
Normalerweise messen die Laserstation Zimmerwald des Astronomischen
Instituts der Universität Bern (AIUB) und die Laserstation Graz des
Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der
Wissenschaften unabhängig voneinander die Entfernungen zu Satelliten im
Weltraum. Dabei werden die Satelliten mit schwachen, aber sehr kurzen
Laserpulsen beleuchtet, um ihre Entfernungen mit einer Genauigkeit von 2
bis 3 Millimeter zu bestimmen.
Sogenannte Retroreflektoren, die im Prinzip genau gleich funktionieren
wie Rückstrahler an einem Fahrrad, schicken das Licht des Lasers exakt
in die Herkunftsrichtung zurück. "Aus solchen Messungen lassen sich
unter anderem die Bahnen von Satelliten und die Positionen der Stationen
mit hoher Genauigkeit ermitteln", erläutert Martin Ploner vom
Astronomischen Institut der Universität Bern.
In einem Experiment empfing nun die Laserstation Zimmerwald via Satellit
Photonen, die von der Laserstation Graz gesendet wurden. "Weltweit ist
es uns zum ersten Mal gelungen, Laserphotonen an einem Satellit zu
reflektieren und in einer anderen Empfängerstation zu detektieren",
erklärt Ploner das Besondere an dem Versuch. Mit einem wesentlich
stärkeren Laser als im Normalbetrieb - einer Leihgabe des Deutschen
Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart - hatten die
Wissenschaftler in Graz den in etwa 800 Kilometer Höhe fliegenden
ESA-Satelliten Envisat angestrahlt.
Einzelne Photonen gingen dabei an den Retroreflektoren vorbei und wurden
von der Oberfläche des Satelliten diffus in alle Richtungen reflektiert.
So war es den Berner Forschern möglich, das Laserlicht aus Graz in
Zimmerwald zu detektieren. Um dies zu ermöglichen, musste der gesamte
zeitliche Sende- und Empfangsprozess der beiden beteiligten Stationen
miteinander synchronisiert werden. "Das Zeitfenster, in dem wir die
Laserphotonen mit unserem Teleskop einfangen konnten, beträgt weniger
als eine Mikrosekunde", erklärt der Astronom. "Wir mussten unsere Uhren
also präzise abstimmen und die Laufzeit des Lichts vom Moment des
Signals in Graz bis zum Eintreffen in Zimmerwald genau berechnen."
Weil das auf den Satelliten eintreffende Licht von der Oberfläche diffus
reflektiert wird, kann diese Methode auch auf mehrere Stationen
erweitert werden. Insbesondere ist sie auch auf Zielobjekte anwendbar,
die keine Retroreflektoren besitzen, zum Beispiel Weltraumschrott-Teile.
Damit haben solche Messungen in Kombination mit optischen Beobachtungen
das Potential für die präzise Bahnbestimmung von Weltraumschrott in
tiefen Umlaufbahnen.
Die Kenntnis genauer Bahnen von Weltraumschrott-Teilen ist eine
Voraussetzung, um Kollisionen mit aktiven Satelliten oder der
Internationalen Raumstation ISS durch Ausweichmanöver zu verhindern.
"Heute wird Weltraumschrott in tiefen Umlaufbahnen mittels Radar
überwacht, eine Technik, die enorm teuer ist", so Thomas Schildknecht,
Forschungsleiter für Weltraumschrott am Astronomischen Institut, "mit
dem vergleichsweise günstigen Laser-Verfahren könnte voraussichtlich
viel Geld gespart werden".
Zudem ließen sich durch eine genauere Bahnberechnung auch überflüssige
Ausweichmanöver vermeiden. Die Bahnbestimmung mit Hilfe von Radar sind
nämlich oft nur auf wenige Kilometer genau, während sich mit dem
Laserverfahren Genauigkeiten von wenigen Metern erreichen lassen würden.
Dass die Wissenschaftler nun ausgerechnet Envisat für ihr
Experiment verwendeten, hat einen bitteren Beigeschmack, ist doch
der Kontakt zu dem ESA-Satelliten vor rund einem Monat unerwartet
abgebrochen. Seitdem bemüht man sich bei der europäischen
Weltraumagentur, die Ursache dafür zu finden und den Kontakt wieder
herzustellen (astronews.com berichtete). Exakte Bahnberechnungen, wie
etwa durch dieses Laserverfahren möglich, könnten dabei von Bedeutung
sein.
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