DE102019124397B4 - Acquisition system - Google Patents
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Abstract
Auf einem künstlichen Weltraumflugkörper (17) installierbares System (20), das zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten ausgeführt ist, mit einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung einer Größe, einer Anzahl, einer zeitlichen Verteilung und/oder einer Flugrichtung von Weltraumteilchen, wobei die Erfassungseinrichtung mindestens ein folienartiges, bewegbares Sensorteil (1) und mindestens ein Detektorteil (6) umfasst, wobei das folienartige, bewegbare Sensorteil (1) eine Sensorfläche (13) zur Erfassung mindestens einer, durch einen Einschlag (P1, P2) oder Durchschlag (14) eines Weltraumteilchens (15) hervorgerufenen Markierung bildet, wobei das folienartige, bewegbare Sensorteil (1) relativ zum Detektorteil (6) derart bewegbar ausgeführt ist, dass mindestens eine durch den Einschlag (P1, P2) oder Durchschlag (14) erfolgte Markierung auf dem folienartigen, bewegbaren Sensorteil (1) relativ zu dem Detektorteil (6) transportiert wird, wobei das Detektorteil (6) zum Detektieren der durch den Einschlag (P1, P2) oder den Durchschlag (14) hervorgerufenen Markierung auf dem folienartigen, bewegbaren Sensorteil (1) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das folienartige bewegbare Sensorteil (1) eine Sensorfolie (1) ist, die zwischen mindestens zwei voneinander beabstandeten Transportrollen oder Führungsrollen (2, 3) aufgespannt ist, zwischen denen die Sensorfläche (13) angeordnet ist, wobei das folienartige bewegbare Sensorteil (1) eine Sensorfolie (1) ist, die mindestens als ein Endlosband (16, 16a, 16b) ausgeführt ist, wobei jedem Endlosband (16, 16a, 16b) ein Detektorteil (6) zugeordnet ist, wobei jedes Endlosband durch mindestens vier Umlenkrollen (4) so geführt wird, dass zwei parallele, dicht zueinander liegende Sensorflächen (13a, 13b) gebildet werden und wobei ein erstes, einem zulaufenden Weltraumteilchen (15) zugewandtes Endlosband (16a) und ein zweites, in Flugrichtung des Weltraumteilchens (15) gesehen hinter dem ersten Endlosband (16a) angeordnetes und von dem ersten Endlosband (16a) beabstandetes Endlosband (16b) vorhanden ist.System (20) which can be installed on an artificial spacecraft (17) and is designed to detect space debris objects, with a detection device for determining a size, a number, a temporal distribution and / or a flight direction of space particles, the detection device at least one film-like, movable sensor part (1) and at least one detector part (6), the film-like, movable sensor part (1) having a sensor surface (13) for detecting at least one space particle caused by an impact (P1, P2) or puncture (14) (15) formed marking, wherein the film-like, movable sensor part (1) is designed to be movable relative to the detector part (6) in such a way that at least one marking made by the impact (P1, P2) or punch (14) on the film-like, movable Sensor part (1) is transported relative to the detector part (6), the detector part (6) for detecting the by the Impact (P1, P2) or the perforation (14) caused marking is carried out on the film-like, movable sensor part (1), characterized in that the film-like movable sensor part (1) is a sensor film (1) which is spaced between at least two Transport rollers or guide rollers (2, 3), between which the sensor surface (13) is arranged, the film-like movable sensor part (1) being a sensor film (1) which is designed as at least one endless belt (16, 16a, 16b) , with each endless belt (16, 16a, 16b) being assigned a detector part (6), with each endless belt being guided by at least four deflection rollers (4) in such a way that two parallel, closely spaced sensor surfaces (13a, 13b) are formed and wherein a first endless belt (16a) facing a tapering space particle (15) and a second, viewed in the direction of flight of the space particle (15), arranged behind the first endless belt (16a) and from d An endless belt (16b) spaced apart is provided in the first endless belt (16a).
Description
Die Erfindung betrifft ein auf einem künstlichen Weltraumflugkörper installierbares System, das zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten ausgeführt ist, mit einer Erfassungseinrichtung zur Bestimmung einer Größe, einer Anzahl, einer zeitlichen Verteilung und/oder einer Flugrichtung von Weltraumteilchen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Systems.The invention relates to a system that can be installed on an artificial spacecraft and is designed to detect space debris objects, with a detection device for determining a size, a number, a temporal distribution and / or a flight direction of space particles. The invention also relates to a method for operating the system.
Seit Beginn der operationellen Raumfahrt mit dem Start des ersten künstlichen Erdsatelliten Sputnik 1 im Oktober 1957 wurden etliche Raketen, Satelliten, Sonden und Raumfähren in die Erdumlaufbahn geschossen. Bei jedem einzelnen Start wird Müll produziert, z.B. durch missionsbedingte Weltraummüll-Objekte, wobei der Müll lange in der Erdumlaufbahn verbleibt. Dieser Weltraummüll gefährdet in allen Erdumlaufbahnen die Raumfahrt. Deshalb ist eine Erfassung mit allen möglichen Methoden notwendig. Am 10. Februar 2009 sind zum ersten Mal, in der Geschichte der Menschheit, zwei Satelliten in der Erdumlaufbahn kollidiert. Bei der Kollision handelte es sich um die beiden Kommunikationssatelliten Iridium 33, sowie den russischen Kosmos 2251, die sich über Sibirien in einer Höhe von 789 km über der Erdoberfläche befanden. Durch den gegenseitigen Aufprall, welcher mit einer Relativgeschwindigkeit von 11,6 km/s (= 41.760 km/h) erfolgte, resultierte ein Trümmerfeld, bestehend aus einer Vielzahl neu erzeugter Weltraum müll-Objekte, die größtenteils auch heute noch als Weltraummüll die Erde umkreisen.Since the start of operational space travel with the launch of the first artificial Earth satellite Sputnik 1 in October 1957, a number of rockets, satellites, probes and space shuttles have been launched into orbit. Garbage is produced at every single launch, e.g. by mission-related space debris objects, with the garbage remaining in orbit for a long time. This space debris endangers space travel in all orbits of the earth. It is therefore necessary to use all possible methods to record them. On February 10, 2009, for the first time in human history, two satellites collided in orbit. The collision involved the two communication satellites Iridium 33 and the Russian cosmos 2251, which were located over Siberia at an altitude of 789 km above the earth's surface. The mutual impact, which occurred at a relative speed of 11.6 km / s (= 41,760 km / h), resulted in a debris field consisting of a large number of newly created space garbage objects, most of which are still circling the earth as space debris .
Teile mit einer Größe geringer als 5 cm können im Low Earth Orbit (LEO) vom Boden aus kaum geortet werden. Kollisionen von Satelliten mit Weltraummüll-Objekten mit einem Durchmesser von mehr als ca. 1 cm Durchmesser führen andererseits in der Regel zu einem vollständigen Verlust der Mission. Die Anzahl der Weltraummüll-Objekte in den Umlaufbahnen nimmt mit abnehmendem Durchmesser exponentiell zu.Parts smaller than 5 cm can hardly be located from the ground in Low Earth Orbit (LEO). On the other hand, collisions of satellites with space debris objects with a diameter of more than approx. 1 cm generally lead to a complete loss of the mission. The number of space debris objects in orbits increases exponentially with decreasing diameter.
Für eine Vermessung der Weltraummüll-Objekte im Weltraum gibt es unterschiedliche Ansätze. Diese lassen sich in zerstörende und zerstörungsfreie Verfahren einteilen. Zerstörungsfreie Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass eine Fernerkundung des Weltraummüll-Objektes mittels eines Messgerätes (aktive Interaktion) erfolgt. Beispielhaft können hier bodengestützte Radar- und Teleskopanlagen genannt werden, die unter anderem für eine Bahnvermessung der Weltraummüll-Objekte und somit zu Frühwarnungen eingesetzt werden. Mittels bodengestützter Anlagen lassen sich Weltraummüll-Objekte mit einem Durchmesser von ca. 10 cm im LEO und ca. 1 m im geostationären Orbit (GEO) operationell vermessen. Kleinere Weltraummüll-Objekte, z.B. mit 5 cm Durchmesser im LEO oder mit 10 cm Durchmesser im GEO, sind sporadisch detektierbar. Weltraummüll-Objekte mit einem Durchmesser kleiner als 2 cm sind im LEO nicht nachweisbar. Die Erfassung von Weltraummüll mittels bodengestützter Radar- und Teleskopanlagen ist derzeit die meistgenutzte Methode. Radar- und Teleskopanlagen für die Detektion von Weltraummüll können sowohl bodengestützt als auch weltraumgestützt sein.There are different approaches for measuring space debris objects in space. These can be divided into destructive and non-destructive processes. Non-destructive methods are characterized by the fact that the space debris object is remotely sensed by means of a measuring device (active interaction). Ground-based radar and telescope systems can be mentioned here as examples, which are used, among other things, to measure the orbit of space debris objects and thus for early warnings. Using ground-based systems, space debris objects with a diameter of approx. 10 cm in the LEO and approx. 1 m in the geostationary orbit (GEO) can be operationally measured. Smaller space debris objects, e.g. with a diameter of 5 cm in the LEO or with a diameter of 10 cm in the GEO, can be detected sporadically. Space debris objects with a diameter smaller than 2 cm cannot be detected in the LEO. The capture of space debris using ground-based radar and telescope systems is currently the most widely used method. Radar and telescope systems for the detection of space debris can be both ground-based and space-based.
Aktuell sind die meisten Geräte für die Detektion von Weltraummüll jedoch bodengestützt.However, most devices for the detection of space debris are currently ground-based.
Bei zerstörenden Verfahren schlägt ein zu messendes Weltraummüll-Objekt auf das Messgerät „gewollt“ ein. Zerstörende Verfahren fungieren als „In-Situ“-Messinstrumente direkt im Orbit und liefern Messwerte bezüglich kleiner Weltraummüll-Objekte (Durchmesser im Bereich von µm bis cm), die mittels Radar- und Teleskopanlagen nicht erfasst werden können. Beispielhaft kann hier das am DLR-Bremen entwickelte SOLID-System genannt werden, dass die Subsysteme eines Satelliten (Solarpaneele und Lageregelungssystem) nutzt. Eine Zusammenfassung existierender In-Situ-Detektoren kann z.B. der Arbeit „Bauer, Waldemar, Space-Debris-Detektion zur Validierung von Simulations-Modellen, DLR-Forschungsbericht, 2015-08“ entnommen werden. In destructive processes, a space debris object to be measured hits the measuring device “intentionally”. Destructive processes act as "in-situ" measuring instruments directly in orbit and provide measured values for small space debris objects (diameter in the range from µm to cm) that cannot be recorded using radar and telescope systems. One example is the SOLID system developed at DLR Bremen that uses the subsystems of a satellite (solar panels and attitude control system). A summary of existing in-situ detectors can be found e.g. in the work "Bauer, Waldemar, Space Debris Detection for the Validation of Simulation Models, DLR Research Report, 2015-08".
Weltraummüll-Objekte mit einem Durchmesser von ca. 1 cm sind für unbenannte Satelliten kritisch, da diese Weltraummüll-Objekte eine Mission im Falle einer Kollision mit hoher Wahrscheinlichkeit beenden. Kleinere Weltraummüll-Objekte im Millimeter-Bereich können eine Mission einschränken. Diese Weltraummüll-Objekte können die Wandung eines Satelliten durchschlagen und verwundbare Komponenten im Inneren eines Satelliten beschädigen. Weltraummüll-Objekte im Bereich µm sind beispielsweise für empfindliche Instrumente (z.B. optische Teleskope) kritisch.Space debris objects with a diameter of approx. 1 cm are critical for unnamed satellites, since these space debris objects have a high probability of completing a mission in the event of a collision. Smaller space debris objects in the millimeter range can limit a mission. These space debris objects can break through the walls of a satellite and damage vulnerable components inside a satellite. Space debris objects in the µm range are critical, for example, for sensitive instruments (e.g. optical telescopes).
Die europäische Offenlegungsschrift
Aus der US-amerikanischen Offenlegungsschrift
Andere bekannte Verfahren stützen sich auf eine optische Beobachtung der Weltraumteilchen mittels einer CCD- Erfassung, wie in den chinesischen Offenlegungsschriften
Ein weiteres gängiges Messverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Ionen-Detektoren, Laser- und auch akustische Verfahren genutzt werden. Für die Messung mit Ionen-Detektoren wird in der chinesischen Offenlegungsschrift GN
Allen bekannten Systemen ist gemeinsam, dass sie hohe Kosten verursachen und größtenteils nicht in der Lage sind kleinste Partikel zu erfassen. Heutige Vorhersagen basieren auf Simulations-Modellen, die kaum Messwerte zur Validierung verwenden.All known systems have in common that they cause high costs and are largely unable to capture the smallest particles. Today's predictions are based on simulation models that hardly use measured values for validation.
Auch sind bekannte Systeme nicht in der Lage sowohl eine Größe, eine Anzahl, eine zeitliche Verteilung als auch einer Flugrichtung von Weltraumteilchen zu erfassen.Known systems are also not able to record a size, a number, a temporal distribution or a flight direction of space particles.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf einem künstlichen Weltraumflugkörper installierbares System für die Erfassung von Weltraummüll-Objekten der eingangs genannten Art anzugeben, dass in der Lage ist, eine Größe, eine Anzahl, eine zeitliche Verteilung und eine Flugrichtung von Weltraumteilchen zu erfassen. Weiterhin soll das System in der Lage sein, kleinste Partikel bis in den µm-Bereich hinunter kostengünstig zu erfassen.The invention is based on the object of specifying a system for the detection of space debris objects of the type mentioned that can be installed on an artificial spacecraft and that is able to detect a size, a number, a temporal distribution and a flight direction of space particles. Furthermore, the system should be able to cost-effectively detect the smallest particles down to the µm range.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.According to the invention, this object is achieved by a system with the features of
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten im Weltraum mittels des Systems anzugeben.Another object of the invention is to provide a method for detecting space debris objects in space by means of the system.
Diese weitere Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 8.This further object is also achieved by a method according to
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Folie einzusetzen, die von Weltraumteilchen durchschlagbar ist oder auf der, aufschlagende Weltraumteilchen zumindest eine Markierung in Form einer Verformung oder sonstigen Veränderung hinterlassen. Diese Veränderungen werden von einem Detektorteil, im Prinzip wie von einem Scanner, erfasst und ausgewertet. Durch Verwendung mehrerer paralleler Folien kann sogar eine Flugrichtung von Weltraumteilchen erfasst werden.The invention is based on the idea of using a film through which space particles can penetrate or on which space particles impacting leave at least a mark in the form of a deformation or other change. These changes are recorded and evaluated by a detector part, in principle like a scanner. By using several parallel foils, it is even possible to record a flight direction of space particles.
Durch die Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Bestimmung von Größe, Anzahl, zeitlicher Verteilung und Flugrichtung kleiner Weltraumteilchen in einfacher Weise möglich. Weiterhin ist es durch die Erfindung möglich, den als Folge von Raumfahrtaktivitäten entstehenden Weltraummüll zu erfassen, der ein zunehmendes Problem für derzeit im Orbit befindliche und zukünftige geplante Weltraummissionen darstellt.The invention makes it possible to create a device for determining the size, number, temporal distribution and direction of flight of small space particles in a simple manner. Furthermore, the invention makes it possible to record the space debris which is produced as a result of space travel activities and which represents an increasing problem for space missions currently in orbit and planned future space missions.
Begrifflich sei folgendes erläutert:
- Der Begriff „Weltraummüll“ beschreibt dabei alle nicht mehr aktiv vom Boden aus kontrollierbaren Objekte, die sich als Folge von Start, Betrieb und nicht geplanten Ereignissen im Zusammenhang mit Raumfahrzeugen in einer Erdumlaufbahn befinden.
- The term “space debris” describes all objects that can no longer be actively controlled from the ground and that are in earth orbit as a result of launch, operation and unplanned events in connection with spacecraft.
Die erfindungsgemäße Detektion hilft bei der Lösung des Problems, das aufgrund ihrer hohen Bahngeschwindigkeit, der großen kinetischen Energie dieser sich unkontrolliert bewegenden Massen und dem damit verbundenen Potenzial für Beschädigungen im Fall einer Kollision mit anderen Objekten, entsteht. Bei diesen, unter dem Begriff „Weltraummüll“ zusammengefassten, Objekten handelt es sich um Teile höchst unterschiedlicher Größe und Masse.The detection according to the invention helps to solve the problem that arises due to their high path speed, the high kinetic energy of these uncontrolled moving masses and the associated potential for damage in the event of a collision with other objects. These objects, summarized under the term “space debris”, are parts of very different sizes and masses.
Neben ausgebrannten Raketenstufen und vollständigen nicht mehr operationellen Satelliten sind auch Kleinstteile wie Bruchstücke nach Explosionen oder Reste von Raketentreibstoff Teil des Problems. Ohne hier näher auf eine vollständige Beschreibung aller möglichen Ursachen von Weltraummüll einzugehen, ist es wichtig festzustellen, dass die Anzahl der ein Kollisionsrisiko bildenden Objekte mit abnehmender Größe bzw. Masse exponentiell ansteigt. Hierbei kommt erschwerend hinzu, dass gerade diese Kleinteile nicht mehr vom Erdboden aus beobachtbar sind und deshalb die bei größerem Weltraummüll mit bekannter Umlaufbahn bestehende Strategie von Ausweichmanövern für operationelle Raumfahrzeuge nicht durchführbar ist.In addition to burned-out rocket stages and complete satellites that are no longer operational, small parts such as fragments after explosions or remains of rocket fuel are also part of the problem. Without going into a complete description of all possible causes of space debris here, it is important to note that the number of objects forming a collision risk increases exponentially with decreasing size or mass. A further complicating factor is that it is precisely these small parts that can no longer be observed from the ground and therefore the existing strategy of evasive maneuvers for operational spacecraft cannot be carried out in the case of larger space debris with a known orbit.
Die erfindungsgemäße Detektion kann in vorteilhafter Weise mit einer terrestrischen Objektortung kombiniert werden. Vom Boden aus erkennbar sind nämlich im niedrigen Erdorbit Objekte ab etwa einer Größe von 0,1m und im geostationären Erdabstand Objektgrößen ab ca. 0,3m. Das heißt, während große Teile vom Boden aus geortet werden können, können durch die Erfindung kleinste Teile im Weltraum erfasst werden, indem das erfindungsgemäße System an einem Flugkörper befestigt ist.The detection according to the invention can advantageously be carried out with a terrestrial object location be combined. From the ground, objects with a size of 0.1 m or more are recognizable in low earth orbit and objects with a size of approx. 0.3 m or more in geostationary distance from the earth. That is, while large parts can be located from the ground, the invention allows the smallest parts to be detected in space by attaching the system according to the invention to a missile.
Für diese Anteile, des derzeit existierenden Weltraummülls, können durch entsprechende Auswertung der Beobachtungen die Bahnparameter der Umlaufbahn bestimmt werden und damit mögliche Kollisionen mit noch aktiven Satelliten erkannt und durch geplante Bahnmanöver verhindert werden. Für kleinere, vom Boden aus nicht erkennbare, Teilchen ist die erfindungsgemäße Detektion sehr vorteilhaft, da auch kleinste Objekte wegen ihrer hohen kinetischen Energie durchaus Schäden unterschiedlicher Art verursachen können. Die Detektion dieser Kleinteile verschafft die Kenntnis über deren Häufigkeit, Größe und räumliche Verteilung, was für die Auslegung zukünftiger Raumfahrzeuge wichtig ist.For these parts of the currently existing space debris, the orbit parameters of the orbit can be determined through appropriate evaluation of the observations, and thus possible collisions with satellites that are still active can be recognized and prevented by planned orbit maneuvers. The detection according to the invention is very advantageous for smaller particles that cannot be seen from the ground, since even the smallest objects can cause various types of damage due to their high kinetic energy. The detection of these small parts provides knowledge of their frequency, size and spatial distribution, which is important for the design of future spacecraft.
Zu diesem Zweck wurden zwar in der Vergangenheit unterschiedlichste Sensoren entwickelt und im Orbit platziert. Mit den durch die Erfindung gewinnbaren Erkenntnissen ist es jedoch möglich, Modelle bezüglich der statistischen Eigenschaften von kleinteiligem Weltraummüll zu erstellen.For this purpose, a wide variety of sensors were developed in the past and placed in orbit. With the knowledge that can be obtained by the invention, however, it is possible to create models with regard to the statistical properties of small-sized space debris.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die verwendbaren Sensor-Messflächen aufgrund der einfachen Technik nicht mehr klein sein müssen, sondern deutlich über 1 m2 sein können.Another advantage of the invention is that the usable sensor measuring areas no longer have to be small due to the simple technology, but can be significantly more than 1 m 2 .
Neben der erfindungsgemäßen Technik zur Erfassung von Weltraummüll ist auch eine Auswertung von Beschädigungen auf zum Erdboden zurückgekehrter Hardware und anderen Beschädigungen möglich. Probleme gab es in der Vergangenheit beispielsweise bei Fenstern des Space-Shuttles, bei der EURECA-Plattform oder bei Teilen der Hubble Space Telescope Hardware. Gegenüber anderen Erfassungslösungen bietet die Erfindung den Vorteil, dass eine Messdauer, also der Zeitraum, in dem die Hardware den Weltraumbedingungen ausgesetzt war, nicht kurz sein muss, was verlässliche statistischen Aussagen erlaubt.In addition to the technology according to the invention for detecting space debris, an evaluation of damage to hardware that has returned to the ground and other damage is also possible. In the past there were problems with windows on the space shuttle, with the EURECA platform or with parts of the Hubble Space Telescope hardware. Compared to other detection solutions, the invention offers the advantage that a measurement duration, that is to say the period in which the hardware was exposed to space conditions, does not have to be short, which allows reliable statistical statements.
Das bekannte Problem einer für statistische Erhebungen zu kleinen Messfläche entsteht wegen der geringen Wahrscheinlichkeit für einen Einschlag von Weltraummüllteilchen auf einer kleinen Messfläche.The known problem of a measurement area that is too small for statistical surveys arises because of the low probability of space debris particles striking a small measurement area.
Für einen Pol nahen Orbit mit 98° Inklination und einer Bahnhöhe von 800 km kann beispielsweise bei einer Messfläche von 1 m2 und einer Teilchengröße von 100 µm nur von einem Treffer in 0,8 Tagen ausgegangen werden. Für eine Objektgröße von 1 mm sinkt dieser Wert sogar auf nur einen Treffer in 50 Jahren. Dies zeigt deutlich die Bedeutung einer ausreichend großen Sensorfläche für statistisch aussagefähige Messungen.For an orbit near the pole with 98 ° inclination and an orbit height of 800 km, for example, with a measuring area of 1 m 2 and a particle size of 100 µm, only one hit in 0.8 days can be assumed. For an object size of 1 mm, this value even drops to just one hit in 50 years. This clearly shows the importance of a sufficiently large sensor area for statistically meaningful measurements.
Durch die Erfindung wird neben dem Problem einer zu kleinen Sensorflache auch die Schwierigkeit beseitigt, die Entwickler zukünftiger Satelliten davon zu überzeugen, die zusätzliche erforderliche Hardware einzuplanen, da die erfindungsgemäße Hardware kostengünstig ist. Ein weiterer durch die Erfindung vorhandener Vorteil ist eine unkomplizierte räumliche Ausrichtung der Sensorflächen. Befindet sich die nach dem Stand der Technik bekannte Messvorrichtung beispielweise auf einem Solargenerator eines Satelliten, so wird diese, missionsbedingt, immer auf die Sonne ausgerichtet sein und kann nicht optimal den speziellen Missionsanforderungen einer Messung von Weltraummüllteilchen angepasst werden.In addition to the problem of a sensor surface that is too small, the invention also eliminates the difficulty of convincing the developers of future satellites to plan for the additional hardware required, since the hardware according to the invention is inexpensive. Another advantage provided by the invention is an uncomplicated spatial alignment of the sensor surfaces. If the measuring device known from the prior art is located, for example, on a solar generator of a satellite, it will always be aligned with the sun due to the mission and cannot be optimally adapted to the special mission requirements of measuring space debris particles.
Auch bietet die Erfindung den Vorteil gegenüber anderen Messverfahren, dass keine zu hohen Massen und Energieanforderungen notwendig sind, da die Sensorfolien dünn und leicht sein können. Ein weiteres durch die Erfindung gelöstes Problem ist, dass im Gegensatz zum derzeit üblichen Verfahren bei einer nachträglichen Analyse von Beschädigungen auf zum Erdboden zurückgekehrter Hardware, der genaue Zeitpunkt des Einschlags im Orbit bestimmbar ist und damit Rückschlüsse auf die Flugrichtung der Weltraummüllteilchen möglich sind.The invention also offers the advantage over other measurement methods that excessive masses and energy requirements are not necessary, since the sensor foils can be thin and light. Another problem solved by the invention is that, in contrast to the currently usual method, with a subsequent analysis of damage to hardware that has returned to the ground, the exact time of the impact in orbit can be determined and thus conclusions about the flight direction of the space debris particles are possible.
Gegenüber anderen bekannten Verfahren bzw. Systemen hat die Erfindung den Vorteil, dass eine Anordnung der Sensortechnik (Detektorteil) nicht auf der gesamten, den Weltraumteilchen ausgesetzten, Fläche erfolgen muss. Es müssen beispielsweise keine elektrisch isolierten Schichten verwendet werden, die hohe technischen Anforderungen stellen und insbesondere bei größeren Messflächen zu großen Massen führen. Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich, auch große, für statische Analysen wichtige Messflächen einfach zu realisieren, da hierbei eine weitgehende Trennung zwischen Messfläche und Sensortechnik (Detektor) erfolgt. Die den Weltraumteilchen ausgesetzte Fläche besteht nur aus einer Folie, wobei die durch aufschlagende Weltraummüllteilchen erfolgten Markierungen durch den Sensor leicht erfasst werden können.Compared to other known methods and systems, the invention has the advantage that the sensor technology (detector part) does not have to be arranged on the entire surface exposed to space particles. For example, there is no need to use electrically insulated layers, which have high technical requirements and lead to large masses, especially in the case of larger measuring surfaces. With the present invention it becomes possible to easily realize even large measuring areas which are important for static analyzes, since in this case there is an extensive separation between the measuring area and the sensor technology (detector). The surface exposed to the space particles consists only of a film, whereby the markings made by the impacting space debris particles can easily be detected by the sensor.
Die Folie bzw. die Folien erlauben große Messflächen, eine einfache Technik und haben den Vorteil einer geringen erforderlichen Masse. Eine vorteilhafte Transportvorrichtung der Folie befördert die auf der Messfläche enthaltene Information zu einer an geeigneter Stelle am Raumfahrzeug angeordneten Sensortechnik und kann dort zusammen mit den Zeit-, Positions- und Lageinformationen des Raumfahrzeugs ausgewertet werden.The film or the films allow large measuring areas, a simple technology and have the advantage of a low required mass. An advantageous transport device for the film conveys the information contained on the measuring surface to a sensor technology arranged at a suitable location on the spacecraft and can there together with the Time, position and attitude information of the spacecraft are evaluated.
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, die es ermöglicht, auf einfache Weise mit einer großen Messfläche die Eigenschaften, Größe, Anzahl, zeitliche Verteilung und Flugrichtung von kleinen Weltraummüllteilchen bestimmen zu können.The invention provides a device which enables the properties, size, number, temporal distribution and direction of flight of small space debris particles to be determined in a simple manner with a large measuring surface.
Mit anderen Worten wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein auf einem künstlichen Weltraumflugkörper installierbares System, das zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten ausgeführt ist, eine Erfassungseinrichtung zur Bestimmung einer Größe, einer Anzahl, einer zeitlichen Verteilung und/oder einer Flugrichtung von Weltraumteilchen aufweist, wobei die Erfassungseinrichtung mindestens ein folienartiges, bewegbares Sensorteil und mindestens ein Detektorteil umfasst, wobei das folienartige, bewegbare Sensorteil eine Sensorfläche zur Erfassung mindestens einer durch einen Einschlag oder Durchschlag eines Weltraumteilchens hervorgerufenen Markierung bildet, wobei das folienartige, bewegbare Sensorteil relativ zum Detektorteil derart bewegbar ausgeführt ist, dass mindestens eine durch den Einschlag oder Durchschlag erfolgte Markierung auf dem folienartigen, bewegbaren Sensorteil relativ zu dem Detektorteil transportiert wird, wobei das Detektorteil zum Detektieren der durch den Einschlag oder den Durchschlag hervorgerufenen Markierung auf dem folienartigen, bewegbaren Sensorteil ausgeführt ist.In other words, the object is achieved according to the invention in that a system that can be installed on an artificial spacecraft and is designed to detect space debris objects has a detection device for determining a size, a number, a temporal distribution and / or a flight direction of space particles wherein the detection device comprises at least one film-like, movable sensor part and at least one detector part, wherein the film-like, movable sensor part forms a sensor surface for detecting at least one marking caused by an impact or puncture of a space particle, the film-like, movable sensor part relative to the detector part in such a way is designed to be movable that at least one marking made by the impact or puncture is transported on the film-like, movable sensor part relative to the detector part, the detector part for detecting the is carried out by the impact or the breakdown caused marking on the film-like, movable sensor part.
Die auf der Erfassungseinrichtung befindliche bewegliche folienartige Struktur als Sensorfolie wird von den Weltraummüllteilchen im Idealfall durchschlagen und die damit entstehende Markierung wird von einer Transportvorrichtung zu einem Detektorteil befördert und dort ausgewertet.The moving film-like structure located on the detection device as a sensor film is ideally penetrated by the space debris and the marking thus produced is conveyed by a transport device to a detector part and evaluated there.
Grundgedanke der Erfindung ist es also, eine bewegliche, folienartige Struktur als Sensorfolie derart anzuordnen, dass sie von den Weltraummüllteilchen auf ihrer Flugbahn durchschlagen wird. Durch vorzugsweise vorhandene drehbare Transportrollen wird die Spur des Durchschlags zu einem Sensor transportiert und dort ausgewertet. In einer einfachen Ausführung der Erfindung wird damit schon die Bestimmung der Anzahl von Weltraummüllteilchen für eine vorgegebene Fläche innerhalb einer bestimmten Zeit, sowie die Bestimmung der Größe dieser Weltraummüllteilchen ermöglicht. Dabei kann auf die geometrische Ausdehnung der Weltraummüllteilchen durch die Lochgröße geschlossen werden. Die zeitliche Verteilung der Weltraummüllteilchen pro Fläche kann dabei durch die Kenntnis der Transportgeschwindigkeit der Messfolie bestimmt werden.The basic idea of the invention is therefore to arrange a movable, film-like structure as a sensor film in such a way that it is penetrated by the space debris particles on its flight path. The trace of the breakthrough is transported to a sensor by means of rotatable transport rollers which are preferably present and evaluated there. In a simple embodiment of the invention, it is thus possible to determine the number of space debris particles for a given area within a certain time, as well as to determine the size of these space debris particles. The geometrical extent of the space debris particles can be deduced from the hole size. The temporal distribution of the space debris per area can be determined by knowing the transport speed of the measuring film.
Mit anderen Worten besteht das kennzeichnende technische Prinzip der Erfindung darin, dass auf dem Detektorelement eine Sensorfolie angebracht ist, die von den Weltraumteilchen im Idealfall durchschlagen wird. Die Sensorfolie wird beispielsweise über geeignet positionierte Transportrollen bewegt, wodurch erreicht wird, dass der vom Weltraumteilchen erzeugte Durchschlagspunkt zu einem oder mehreren Sensoren bewegt und dort hinsichtlich seiner Lage auf der Sensorfolie erfasst wird. Um dies zu erreichen, ist die Sensorfolie mit einer vom Sensor erfassbaren Markierung in Längs- und Querrichtung versehen. Die Koordinaten des Durchschlags werden vom Sensor erfasst und beispielsweise in einem zugehörigen Datenspeicher abgelegt. Da somit die Position jeder erfassten Messung gespeichert wird, können nachfolgende, neue Durchschläge von bereits erfassten unterschieden werden.In other words, the characteristic technical principle of the invention consists in that a sensor film is attached to the detector element, through which the space particles ideally penetrate. The sensor film is moved, for example, via suitably positioned transport rollers, which means that the breakdown point generated by the space particle is moved to one or more sensors and its position on the sensor film is detected there. In order to achieve this, the sensor film is provided with a marking in the longitudinal and transverse directions that can be detected by the sensor. The coordinates of the breakdown are recorded by the sensor and stored, for example, in an associated data memory. Since the position of each recorded measurement is saved, subsequent new breakthroughs can be distinguished from those that have already been recorded.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das folienartige bewegbare Sensorteil eine Sensorfolie ist, die zwischen mindestens zwei voneinander beabstandeten Transportrollen aufgespannt ist, zwischen denen die Sensorfläche angeordnet ist. Mit dieser einfachen ersten Ausführungsform ist eine zahlenmäßige Erfassung der Weltraumteilchen möglich. Möglich ist eine Umkehrrichtung der Transportrollen, um ein Hin- und Her bewegen der Folie zu ermöglichen und damit eine lange Betriebsdauer zu erreichen.According to the invention it is provided that the film-like movable sensor part is a sensor film which is stretched between at least two spaced apart transport rollers, between which the sensor surface is arranged. With this simple first embodiment, a numerical detection of the space particles is possible. It is possible to reverse the direction of the transport rollers in order to enable the film to be moved back and forth and thus achieve a long service life.
Hierfür ist es besonders günstig, wenn zwischen den beiden Transport- oder Führungsrollen eine einzige Sensorfläche angeordnet ist. Die Folie ist auf beiden Rollen gelagert. Es ist eine erste Transportrolle am Anfang vorhanden. Durch die Bewegung der Sensorfolie wird diese von der Transportrolle abgerollt. Eine zweite Transportrolle, auf der die Sensorfolie aufgerollt wird, ist in Richtung der Transportrichtung vorhanden. Diese Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Transportrollen eine einzige Sensorfläche angeordnet ist, wobei eine erste Transportrolle oder Führungsrolle in entgegengesetzter Transportrichtung der Sensorfolie angeordnet ist, wobei von dieser Transportrolle oder Führungsrollen die Sensorfolie abgerollt bzw. mit die Bewegung der Sensorfolie von der Transportrolle oder Führungsrolle abgerollt wird, und wobei eine zweite Transportrolle oder Führungsrolle in Richtung der Transportrichtung vorhanden ist, auf der die Sensorfolie aufgerollt wird.For this it is particularly favorable if a single sensor surface is arranged between the two transport or guide rollers. The film is stored on both rolls. There is a first transport role at the beginning. The movement of the sensor film unrolls it from the transport roller. A second transport roller, on which the sensor film is rolled up, is available in the direction of the transport direction. This arrangement is characterized in that a single sensor surface is arranged between the two transport rollers, a first transport roller or guide roller being arranged in the opposite transport direction of the sensor film, the sensor film being unrolled from this transport roller or guide rollers or with the movement of the sensor film from the transport roller or guide roller is unrolled, and wherein a second transport roller or guide roller is present in the direction of the transport direction on which the sensor film is rolled up.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das folienartige bewegbare Sensorteil eine Sensorfolie ist, die mindestens als ein Endlosband ausgeführt ist. Jedem Endlosband ist ein Detektorteil zugeordnet. Diese vorteilhafte Ausführung der Erfindung ermöglicht zusätzlich auch die Bestimmung des Zeitpunktes des Durchschlags der Folie. Dazu wird die Aufrollvorrichtung durch eine einem Förderband ähnliche Mechanik ersetzt. Die Messfolie besteht aus zwei übereinanderliegenden Schichten. Diese bewegen sich, wie bei einem Förderband, in entgegengesetzte Richtungen und müssen zur Erfüllung der Aufgabe möglichst nahe zueinander angeordnet sein. Der gewünschte Durchschlag der Weltraummüllteilchen erfolgt jetzt durch beide Folien, praktisch gleichzeitig, wobei sich die beiden Durchschlagspunkte der Folie durch deren gegenläufige Bewegung sofort auseinander bewegen. Durch Kenntnis der Transportgeschwindigkeit der Messfolie und durch Messung der Lage der beiden Durchschläge auf der Folie kann jetzt auf einfache Weise der Zeitpunkt des Durchschlags bestimmt werden. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die beiden Durchschlagspunkte konstruktionsbedingt bezogen auf eine der jeweiligen Drehachsen der Förderbandmechanik den gleichen Abstand aufweisen. Durch Kenntnis der Bewegungsgeschwindigkeit der Messfolie kann somit die Stellung der Förderbandmechanik zum Zeitpunkt des Durchschlags bestimmt und damit der Zeitpunkt des Durchschlags ermittelt werden.According to the invention it is provided that the film-like movable sensor part is a sensor film which is designed at least as an endless belt. A detector part is assigned to each endless belt. This advantageous embodiment of the invention also enables the point in time of the breakdown of the film to be determined. For this purpose, the roll-up device is replaced by a mechanism similar to a conveyor belt. The measuring film consists of two layers on top of each other. These move in opposite directions, as with a conveyor belt, and must be arranged as close to each other as possible in order to perform the task. The desired breakthrough of the space debris now takes place through both foils, practically at the same time, the two breakthrough points of the foil immediately moving apart as they move in opposite directions. By knowing the transport speed of the measuring film and by measuring the position of the two breakthroughs on the foil, the point in time of the breakthrough can now be determined in a simple manner. In this case, use is made of the fact that, due to the design, the two breakdown points have the same distance with respect to one of the respective axes of rotation of the conveyor belt mechanism. By knowing the speed of movement of the measuring film, the position of the conveyor belt mechanism at the time of the breakdown can thus be determined, and thus the time of the breakdown can be determined.
Damit die beiden übereinanderliegenden Folienabschnitte möglichst dicht zu einander stehen, ist jedes Endlosband durch mindestens vier Umlenkrollen so geführt, dass zwei parallele dicht zueinander liegende Sensorflächen gebildet werden. Dadurch wird ein Messfehler bei der Bestimmung des Zeitpunktes des Durchschlags minimiert. Zur Vereinfachung der Berechnung des Zeitpunktes des Durchschlags kann angenommen werden, dass die Markierungen an der Ober- und Unterfolie gleichzeitig erfolgen. Der zeitliche Versatz zwischen Durchschlagung der Oberfolie und der Unterfolie ist vernachlässigbar.So that the two superimposed film sections are as close to one another as possible, each endless belt is guided by at least four deflection rollers in such a way that two parallel sensor surfaces that are close to one another are formed. This minimizes measurement errors when determining the point in time of the breakdown. To simplify the calculation of the point in time of the breakthrough, it can be assumed that the markings on the upper and lower foils are made simultaneously. The time lag between the penetration of the upper film and the lower film is negligible.
Erfindungsgemäß ist ein erstes, einem zulaufenden Weltraumteilchen zugewandtes Endlosband und ein zweites, in Flugrichtung des Weltraumteilchens gesehen hinter dem ersten Endlosband angeordnetes und von dem ersten Endlosband beabstandetes Endlosband vorhanden. Die Erfindung ermöglicht durch die Kombination zweier, der zuvor beschriebenen förderbandähnlichen Mechaniken, zusätzlich die Bestimmung des Richtungsvektors des Einschlages aus Flugbahn des Weltraumteilchens und der Richtung des Durchschlags. Dazu werden die beiden Förderbandelemente übereinander und parallel zueinander angeordnet, wodurch erreicht wird, dass der Durchschlag des Weltraumteilchens jetzt durch vier Messfolien erfolgt. Die Zuordnung der zusammengehörenden Durchschläge ist durch Kenntnis der Zeitpunkte der Durchschläge leicht möglich. Da jetzt zwei räumliche Koordinaten bekannt sind, kann die Flugbahn des Weltraumteilchens ermittelt werden. Zur endgültigen Bestimmung des Flugvektors fehlt damit noch die Bestimmung der Richtung des Durchschlages.According to the invention there is a first endless belt facing a tapering space particle and a second endless belt, seen in the direction of flight of the space particle, arranged behind the first endless belt and spaced apart from the first endless belt. By combining two mechanisms similar to the conveyor belt described above, the invention also enables the direction vector of the impact to be determined from the trajectory of the space particle and the direction of the breakthrough. For this purpose, the two conveyor belt elements are arranged one above the other and parallel to one another, which means that the space particle now penetrates through four measuring foils. The assignment of the copies that belong together is easily possible by knowing the times of the copies. Now that two spatial coordinates are known, the trajectory of the space particle can be determined. For the final determination of the flight vector, the determination of the direction of the breakdown is still missing.
Da eine Bestimmung durch Vergleich der Durchschlagszeitpunkte aufgrund der hohen Fluggeschwindigkeiten der Weltraummüllteilchen und wegen des vergleichbaren geringen Abstands der Messfolien nicht möglich erscheint, muss die Richtungsbestimmung durch eine optische Analyse des Durchschlagskraters mittels eines geeigneten Sensors erfolgen.Since a determination by comparing the breakdown times does not appear to be possible due to the high flight speeds of the space debris particles and the comparatively small distance between the measuring foils, the direction must be determined by an optical analysis of the breakdown crater using a suitable sensor.
Hinsichtlich des Umfangs der beabsichtigten Messungen können also grundsätzlich drei Ausführungsformen, wie beschrieben, unterschieden werden. Zur Vergrößerung der Messflache können mehrere von diesen Detektorelementen auf dem Raumfahrzeug montiert werden.With regard to the scope of the intended measurements, a distinction can basically be made between three embodiments, as described. To enlarge the measurement area, several of these detector elements can be mounted on the spacecraft.
Beabsichtigt man nur eine zahlenmäßige Erfassung der Weltraumteilchen, so genügt die erste Ausführungsform, bei der die Sensorfolie nur einlagig von beispielsweise einer ersten Rolle zu einer zweiten Rolle transportiert und dort aufgerollt wird. Dieser Vorgang kann durch Umkehrung der Drehrichtung, solange der Zustand der Sensorfolie dies zulässt, beliebig oft wiederholt werden. Nachteil dieser Ausführungsform ist, dass der Zeitpunkt des Durchschlagereignisses nicht bestimmt werden kann, da nur die Ortskoordinaten vom Sensor erfasst werden.If the intention is only to record the number of space particles, then the first embodiment is sufficient, in which the sensor film is transported in only one layer, for example from a first roll to a second roll, and is rolled up there. This process can be repeated as often as required by reversing the direction of rotation, as long as the condition of the sensor film allows it. The disadvantage of this embodiment is that the point in time of the breakdown event cannot be determined, since only the location coordinates are recorded by the sensor.
Beabsichtigt man zusätzlich auch eine Messung des Zeitpunktes des Durchschlags des Weltraumteilchens, ist die zweite Ausführungsform erforderlich. Die Sensorfolie wird hierbei vergleichbar der Mechanik eines Förderbandes angeordnet. Durch die sich damit ergebende Geometrie wird erreicht, dass der Durchschlag jetzt, praktisch gleichzeitig, an zwei Stellen der endlosen Sensorfolie erfolgt. Für eine korrekte Messung ist es erforderlich, die beiden, sich in entgegengesetzte Richtung bewegenden Teile der Sensorfolie, möglichst dicht aneinander anzuordnen. Dies wird erreicht durch zusätzliche Umlenkrollen und weitere Führungsstrukturelemente. Das verwendete Messprinzip besteht nun darin, dass pro Weltraumteilchen zwei Durchschlagspunkte vom Sensor erfasst werden, die beide, bei Annahme einer symmetrischen Anordnung von Sensor und Sensorfolie, gleich weit vom Sensor entfernt sind. Bei der Auswertung der Messkoordinaten kann somit, bei Kenntnis von Startstellung und Transportgeschwindigkeit der Sensorfolie, der Zeitpunkt bestimmt werden, bei dem der Durchschlag erfolgte. Durch Abgleich des damit bekannten Zeitpunkts mit den aufgezeichneten Daten der Positionskontrolle des Raumfahrzeugs kann neben dem Zeitpunkt auch der Ort des Ereignisses bestimmt werden.If it is also intended to measure the point in time of the breakdown of the space particle, the second embodiment is required. The sensor film is arranged in a manner comparable to the mechanics of a conveyor belt. The resulting geometry means that the breakdown now takes place, practically simultaneously, at two points on the endless sensor film. For a correct measurement it is necessary to arrange the two parts of the sensor film moving in opposite directions as close to one another as possible. This is achieved through additional pulleys and other guide structure elements. The measuring principle used is that two breakdown points are detected by the sensor for each space particle, both of which, assuming a symmetrical arrangement of sensor and sensor film, are equidistant from the sensor. When evaluating the measurement coordinates, if the starting position and transport speed of the sensor film are known, the point in time at which the breakdown occurred can thus be determined. By comparing the known point in time with the recorded data from the position control of the spacecraft, the location of the event can be determined in addition to the point in time.
Beabsichtigt man erfindungsgemäß neben der Messung von Anzahl, Zeitpunkt und Ort auch noch die Bestimmung der Richtung des Weltraumteilchens, so ist die nachfolgende technische Ausführung erforderlich. Bei dieser Ausführung werden vereinfacht beschrieben zwei Mechaniken nach der zweiten Ausführungsform übereinander angeordnet. Durch die im geeigneten Abstand angeordneten Sensorfolienelemente ergeben sich jetzt, nach dem gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben Messverfahren, zwei getrennte Messpunkte mit bekanntem Zeitpunkt des Durchschlags. Der Durchschlagszeitpunkt kann also aufgrund der extrem hohen Bahngeschwindigkeit der Weltraumteilchen und des vergleichbar geringen Abstands der Sensorfolien für beide Sensorelemente als gleich angenommen werden. Zusammen mit den aufgezeichneten Daten der Positions- und Lagekontrolle des Raumfahrzeugs kann jetzt, mit den zwei bekannten Punkten, eine ungerichtete Gerade im Raum bestimmt werden, auf der sich das Weltraumteilchen bewegt. Für eine vollständige Bestimmung des Richtungsvektors kann noch eine optische, am Sensor erfolgende Untersuchung des Durchschlagskraters oder eine Auswertung der zum Zeitpunkt des Ereignisses auftretenden Störmomente der Raumfahrzeuglagekontrolle dienen. Hinsichtlich der Anforderungen einer technischen Realisierung sei noch erwähnt, dass die Transportgeschwindigkeit der Sensorfolie sehr gering ist und damit keine negativen Effekte durch Reibungseffekte der beiden Sensorfolienseiten auftreten. Die Geschwindigkeit, mit der sich die beiden Durchschlagspunkte auseinander bewegen, dient nur dazu, die Stellung der Sensorfolie zum Zeitpunkt des Durchschlags bestimmen zu können.If, according to the invention, in addition to measuring the number, point in time and location, one also intends to determine the direction of the space particle, the following technical implementation is required. In this embodiment, two mechanisms according to the second embodiment are described in a simplified manner and are arranged one above the other. By at the appropriate distance arranged sensor film elements now result, according to the measuring method described according to the second embodiment, two separate measuring points with a known point in time of the breakdown. The breakdown time can therefore be assumed to be the same for both sensor elements due to the extremely high orbital speed of the space particles and the comparatively small distance between the sensor foils. Together with the recorded data from the position and attitude control of the spacecraft, an undirected straight line on which the space particle is moving can now be determined using the two known points. For a complete determination of the direction vector, an optical examination of the breakdown crater on the sensor or an evaluation of the disturbing torques occurring at the time of the event can also be used to monitor the position of the spacecraft. With regard to the requirements of a technical implementation, it should also be mentioned that the transport speed of the sensor film is very low and therefore no negative effects occur due to the friction effects of the two sides of the sensor film. The speed at which the two breakdown points move apart serves only to be able to determine the position of the sensor film at the time of the breakdown.
Eine besonders vorteilhafte Foliendimensionierung ergibt sich, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Material der Sensorfolie so beschaffen und/oder die Foliendicke so bemessen ist, dass diese von Weltraumteilchen von mindestens 1 mm, insbesondere von mindestens 0,1 mm durchstoßbar ist. Das entstehende Durchschlagsloch kann mittels optischer Verfahren gut und eindeutig detektiert werden.A particularly advantageous film dimensioning results if, according to a further preferred embodiment of the invention, the material of the sensor film is made and / or the film thickness is dimensioned such that it can be penetrated by space particles of at least 1 mm, in particular at least 0.1 mm. The resulting penetration hole can be easily and clearly detected using optical methods.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass eine effektive Sensorfläche von mindestens 1m2, vorzugsweise von mehreren m2, vorhanden ist. Eine große Sensorfläche vermeidet die eingangs beschriebenen Nachteile. Mit einer großen Sensorfläche ist es möglich, sich einen präzisen Überblick über die Weltraummüllsituation zu verschaffen.In a further advantageous embodiment of the system according to the invention it is provided that an effective sensor area of at least 1 m 2 , preferably of
Um eine Auswertung auf der Erde oder im Weltraum zu erzielen, ist in dem erfindungsgemäßen System eine bzw. mindestens eine mit jedem Detektorteil signaltechnisch verbundene Auswerteelektronik zur Auswertung der Markierungen der auf jedem folienartigen, bewegbaren Sensorteil treffenden Einschläge oder Durchschläge der Weltraumteilchen vorhanden.In order to achieve an evaluation on earth or in space, the system according to the invention has one or at least one evaluation electronics connected to each detector part for signaling purposes for evaluating the markings of the space particle impacts or punctures on each film-like, movable sensor part.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Anzahl von Weltraumteilchen mit einem vorbeschriebenen System ist gekennzeichnet durch die Schritte,
- i. Anordnen des beweglichen Sensorteils an gegenüber im Weltraum fliegenden Weltraumteilchen exponierter Position eines künstlichen Weltraumflugkörpers,
- ii. Bewegen des beweglichen Sensorteils zu einem Detektorteil, und
- iii. Erfassen der Markierung eines Einschlags oder Durchschlags auf dem beweglichen Sensorteil mittels des Detektorteils.
- i. Arranging the movable sensor part at a position of an artificial spacecraft that is exposed to space particles flying in space,
- ii. Moving the movable sensor part to a detector part, and
- iii. Detecting the marking of an impact or puncture on the movable sensor part by means of the detector part.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens detektiert das Detektorteil die Lage der beiden Durchschläge und mittels der Transportgeschwindigkeit des folienartigen, bewegbaren Sensorteils wird der Zeitpunkt des Durchschlags berechnet.In an advantageous embodiment of the method, the detector part detects the position of the two breakthroughs and the point in time of the breakthrough is calculated by means of the transport speed of the film-like, movable sensor part.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann zusätzlich zum Zeitpunkt des Durchschlagsereignisses mittels aufgezeichneter Daten der Positionskontrolle des Weltraumflugkörpers auch der Ort des Durchschlagsereignisses bestimmt werden.In a further advantageous embodiment of the method, in addition to the time of the breakthrough event, the location of the breakthrough event can also be determined by means of recorded data from the position control of the spacecraft.
Mittels statistischer Wahrscheinlichkeit bzw. statistischer Erfassung von Weltraummüll-Objekten kann auf größere Objekte geschlossen werden. So ist ein Verfahren zur statistischen Erfassung von Weltraummüll-Objekten möglich. Aufgrund der auf die Sensorfläche auftreffenden Weltraumteilchen kann eine statistische Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins größerer Weltraumteile berechnet werden.By means of statistical probability or statistical recording of space debris objects, conclusions can be drawn about larger objects. A method for the statistical recording of space debris objects is thus possible. On the basis of the space particles hitting the sensor surface, a statistical probability of the presence of larger space parts can be calculated.
AusführungsbeispieleWorking examples
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings, further advantageous developments of the invention and advantages thereof being described.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten, -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten, -
3 eine weitere schematische Darstellung der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems, -
4 eine schematische Darstellung des Verfahrens am Beispiel der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung von Weltraummüll-Objekten, und -
5 eine weitere schematische Darstellung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit weiteren Details.
-
1 a schematic representation of a first Embodiment of the system according to the invention for the detection of space debris objects, -
2 a schematic representation of a second embodiment of the system according to the invention for detecting space debris objects, -
3 a further schematic representation of the third embodiment of the system according to the invention, -
4th a schematic representation of the method using the example of the second embodiment of the system according to the invention for detecting space debris objects, and -
5 a further schematic representation of the second embodiment of the system according to the invention with further details.
Die
In der in
In der in
Wie in
Für alle gezeigten Ausführungsformen ist es vorteilhaft, das Material der Sensorfolie (
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- folienartiges, bewegbares Sensorteil, Sensorfoliefilm-like, movable sensor part, sensor film
- 22
- erste Führungsrolle, erste Transportrollefirst guide roller, first transport roller
- 33
- zweite Führungsrolle, zweite Transportrollesecond guide roller, second transport roller
- 44th
- UmlenkrollePulley
- 55
- Markierungen im XY-KoordinatensystemMarkings in the XY coordinate system
- 66th
- Detektorteil, Sensor / ScannerDetector part, sensor / scanner
- 6a, 6b6a, 6b
- DetektorteilDetector part
- 77th
- TragelementSupport element
- 88th
- Rollerole
- 99
- Lagerungstorage
- 1010
- erste Führungsflächefirst guide surface
- 1111th
- zweite Führungsflächesecond guide surface
- 1212th
- RaumfahrzeugstrukturSpacecraft structure
- 13, 13a, 13b, 13c13, 13a, 13b, 13c
- SensorflächeSensor area
- 1414th
- DurchschlagBreakthrough
- 1515th
- WeltraumteilchenSpace particles
- 16, 16a, 16b16, 16a, 16b
- EndlosbandEndless belt
- 1717th
- WeltraumflugkörperSpacecraft
- 1818th
- SpeicherStorage
- 1919th
- PositionskontrollePosition control
- P1P1
- EinschlagA hit
- P2P2
- EinschlagA hit
- XX
- Richtungdirection
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DE102019124397A1 (en) | 2021-03-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: FARAGO PATENTANWAELTE GMBH, DE Representative=s name: FARAGO PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH, DE |
|
R020 | Patent grant now final |