Simulation von Fragmentierungsereignissen im Orbit

Seit Beginn der Weltraumnutzung durch den Menschen sind Fragmentierungsereignisse im Orbit für den Großteil der Space-Debris-Objekte verantwortlich. Sie stellen eine immense Gefährdung von Satelliten dar, da sie diese im Fall einer Kollision aufgrund ihrer extrem hohen Geschwindigkeit zerstören können. Dabei entsteht wiederum eine Vielzahl von Fragmenten, die das Risiko weiterer Kollisionen erhöht. Dieses Risiko steigt angesichts der in Zukunft rasant anwachsenden Anzahl an Satelliten. Es ist für die Weltraumnutzung daher essenziell, die Konsequenzen von Fragmentierungsereignissen zu verstehen, Space-Debris-Populationen zu quantifizieren und das Risiko für Raumfahrtmissionen abzuschätzen.

Das Fraunhofer EMI untersucht das Thema Fragmentierungsereignisse mittels numerischer und experimenteller Methoden. SOPHIA – eine am EMI entwickelte Software – wird zur Analyse komplexer Satellitenkollisionen im Auftrag der europäischen Raumfahrtagentur ESA eingesetzt. Das zugrunde liegende Berechnungsverfahren koppelt Finite-Elemente- mit netzfreien Methoden und ist damit zur Untersuchung von Fragmentierungsereignissen prädestiniert. Parallel dazu werden im Projekt DEM-O des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) auch neue partikelbasierte Methoden weiterentwickelt, die zeiteffiziente Simulationen von Fragmentierungen versprechen. Impaktexperimente, die die Kollision im Modellmaßstab nachstellen, werden zur Validierung der numerischen Simulation herangezogen. Hierzu werden Methoden zur selektiven Beleuchtung und Nachverfolgung von Fragmenten im Experiment vorangebracht.