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ESA Projekt: Disposal Strategies fo MEO Orbits

Dieses Forschungsvorhaben wurde von vom ESA General Studies Programme (GSP) im Rahmen der GreenOPS Initiative finanziert (http://gsp.esa.int/greenops), mit Deimos (Spanien) als Hauptauftragnehmer und dem Institut für Luft- und Raumfahrtsysteme als Projektpartner. Hauptziel dieses Projektes ist es den Einfluss von verschiedenen End-of-Life Manövern von Navigationssatelliten auf die Kollisionsraten innerhalb der Konstellationen zu untersuchen. Dabei wurde alle vier Navigationskonstellationen in mittleren Erdorbits untersucht: Das amerikanische GPS, das russische GLONASS, das europäische Galileo und das chinesische Beidou. Diese verschiedenen Manöver wurde im Rahmen ausführlicher Monte-Carlo Simulationen der Weltraumschrottumgebung für alle Satelliten am Ende der Lebenszeit implementiert. Die Simulationen wurde mit dem ILR Tool LUCA (Long Term Utility for Collision Analysis) durchgeführt. Anschließend wurde die erzeugten Populationen hinsichtlich Änderungen in den Kollisionsraten untersucht, mit einem speziellen Fokus auf die Konstellationen selber. Im Detail wurden folgende Manöver untersucht:

  • Business as usual/kein Manöver: In diesem Scenario wurden für GPS und Galileo Manöver berücksichtigt, wie sie entweder aktuell durchgeührt werden, bzw. aktuell vorgesehen sind. Die Manöver haben als Ziel eine klar räumliche Trennung des zu entsorgenden Satelliten von den nominellen Manövern, sichern jedoch keine Langzeitstabilität des Orbits. Für GLONASS und Beidou wurde angenommen, dass kein Manöver durchgeführt wird.
  • Entsorgung auf stabile Orbits: In diesem Scenario wurde angenommen, dass am Ende der Lebenszeit alle Satelliten aller Konstellationen auf Langzeitstabile Orbits entsorgt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass kein Kontakt zwischen alten und nominellen Satelliten möglich ist, und somit kein Einfluss auf die Kollisionsraten innerhalb der Konstellationen besteht.
  • Entsorgung auf instabile Orbits: In diesem Scenario werden alle Satelliten am Ende ihrer Mission auf Orbits entsorgt, auf denen Resonanzen zwischen den Gravitationspotentialen von Sonne, Mond und Erde dafür sorgen, dass sich langfristig die Exzentrizität derart aufbaut, dass der Satellit zum Wiedereintritt gebracht wird. Dabei kommen die entsorgten Satelliten über einen gewissen Zeitraum in räumlichen Kontakt mit den nominellen Satelliten der Konstellationen, sie haben also einen Einfluss auf die Kollisionsraten. Jedoch ist der Vorteil bei dieser Art des End-of-Life disposals, dass die Objekte langfristig final aus dem Orbit entsorgt werden, und somit eine Anhäufung alter Objekte vermieden wird.

Publikationen im Rahmen des Projektes:

Radtke J., Domínguez-González R., Sánchez-Ortiz N., Merz K., Impact of Eccentricity Build-Up and Graveyard Disposal Strategies on Meo Navigation Constellations, Presented at the 40th COSPAR Scientific Assembly (COSMOS2014), 1.-10. August 2014, Mosow, Russia, paper COSPAR PEDAS.1-0023-14

Domínguez-González, N. Sánchez-Ortiz, F. Cacciatore, J. Radtke, S.Flegel, M. Möckel, K. Merz, Disposal Strategies Analysis for MEO orbits, Conference: IAC2013, Volume: IAC-13.A6.2.5

Figure 1: Maximale Exzentrizität nach 200 Jahren Propagation für einen typischen Galileo Orbit (in MEO) mit verschiedenen Anfangsbedingungen (RAAN = Rektaszension des aufsteigenden Knotens, aop = Argument des Perigäums). Dunkelrote Bereich markieren einen Wiedereintritt innerhalb der betrachteten 200 Jahre. (Radtke, 2014)

 

Projektpartner: