Succesvolle grondtest toont mogelijkheden voor satellietidentificatie

Thema:
Space situational awareness
14 augustus 2023

Het wordt ontzettend druk in de ruimte. Elk jaar sturen bedrijven en organisaties meer nieuwe satellieten in een baan om de aarde. Veel daarvan kunnen na de lancering niet meer worden geïdentificeerd. Onderzoekers van TNO vroegen zich af of hier niet iets aan te doen was en hebben nu met succes een levensvatbare oplossing getest. We spraken met Fabrizio Silvestri, Optical System Engineer, die hieraan heeft meegewerkt en ons er van alles over vertelde.

TNoooo
e8e6dd00-7678-4e88-a7e1-117beabaa501

Krachten bundelen

Voor ruimtevaartorganisaties en overheden over de hele wereld vormt het een probleem: nu er elk jaar steeds meer satellieten worden gelanceerd, neemt de bezorgdheid over ruimteafval en niet-identificeerbare satellieten steeds verder toe. ESA meldt dat van de naar schatting 26.000 afvalobjecten in de ruimte, ongeveer 21.000 objecten ongeïdentificeerd blijven. Bovendien komt het steeds vaker voor dat hele zwermen satellieten van meerdere partijen tegelijk worden gelanceerd, en als die satellieten niet werken zoals verwacht, kan het moeilijk zijn om ze afzonderlijk te identificeren en te verwijderen.

Daarom zijn onderzoekers van diverse TNO-afdelingen samen gaan kijken of hier iets aan te doen valt. 'Het idee - én onze recente succesvolle grondtest van de technologie - was echt een teamprestatie' aldus Fabrizio. 'We hebben TNO-experts uit verschillende teams, zoals Optica, Optomechatronica, Space System Engineering en Quantumtechnologie, bij elkaar gebracht om te zien of we een elegante oplossing konden vinden om satellieten te identificeren. Binnen een jaar hadden we een optische opstelling ontworpen met een methode die we "Satellite Licence Plate" (SLP) (satellietkenteken) hebben gedoopt en waarvan we hebben bewezen dat hij werkt.

Net als een kentekenplaat van een auto is het SLP-systeem een duidelijke en unieke identificatiecode. Hierbij wordt gewerkt met een golflengteselectieve retroreflecterende tag, die met een unieke spectrale signatuur aan de satelliet wordt bevestigd. Een optisch grondstation op aarde stuurt een reeks laserstralen in verschillende golflengtes naar de target. Het terugkerende retrogereflecteerde signaal zorgt voor identificatie van die spectrale signatuur. 'We hebben SLP zodanig ontworpen dat het systeem in bestaande optische grondstations kan worden geïnstalleerd zodat het snel en relatief goedkoop kan worden geïmplementeerd', legt Fabrizio uit. 'Daarnaast kan het systeem gezamenlijk door de satellietfabrikant en de lancerende organisatie worden gebruikt, zodat eventuele 'verdwenen' satellieten na de lancering duidelijk kunnen worden geïdentificeerd.'

De SLP-grondtest

Validatie van de SLP-identificatiemethode in een relevante omgeving.

Op de toren van het TNO-gebouw aan de Oude Waalsdorperweg werd een retroreflector-tag met vijf unieke spectrale signatuurcombinaties gemonteerd. En op de Luchtwachttoren in Scheveningen – 2,45 km verderop – werd een prototype van een optisch grondstation gemonteerd.

Het optische grondstation bestaat uit een lasersysteem, een optische beam-expander en detectie- en verwerkingsunits voor het identificeren zelf. De expander lanceert zeer nauwkeurige laserstralen naar de target en vangt het teruggekaatste licht op voor identificatie.

De test kwam effectief overeen met het onderliggende wiskundige model, wat het nodige vertrouwen gaf voor de volgende projectfase: een test vanuit de ruimte.

Hoewel de target-tag zich in een vaste positie bevond bij deze free-space-test, worden hiermee wel de technologie en de reconstructiealgoritmen gevalideerd, wat de zekerheid

De voordelen van SLP

Het SLP-systeem heeft diverse voordelen. De lichtgewicht, volledig passieve tag heeft geen voeding nodig aan boord van de satelliet en veroorzaakt ook geen elektromagnetische interferentie met de apparatuur aan boord. Omdat SLP gebruik maakt van het optische spectrum voor identificatie, voegt het systeem geen signalen toe aan het toch al overvolle radiofrequentiebereik dat de meeste satellieten gebruiken voor bijvoorbeeld televisie, internet en zelfs defensietoepassingen. Het systeem kan worden geïntegreerd in bestaande optische grondstations, zodat organisaties de identificatie kunnen combineren met hun activiteiten op het gebied van optische communicatie. 'We wilden een systeem ontwikkelen dat gemakkelijk te implementeren is, zodat het op grote schaal kan worden toegepast, en uit de succesvolle grondtest blijkt dat SLP precies daaraan voldoet.'

Naast het feit dat het radiofrequentiebereik niet extra belast wordt, biedt de optische technologie ook een hogere resolutie en daardoor een grotere precisie dan radiogolven. Daardoor kunnen satellieten veel nauwkeuriger worden geïdentificeerd.

Concrete toepassingen

Het SLP-team heeft al een aantal duidelijke use-cases in kaart gebracht. SLP kan worden gebruikt om snel individuele satellieten te kunnen identificeren wanneer er zwermen satellieten tegelijk worden gelanceerd, zelfs als die satellieten (nog) niet operationeel zijn of niet werken zoals verwacht. Want pas als een satelliet is geïdentificeerd, kan worden gewerkt aan de verwijdering ervan. Ook kan SLP helpen bij het identificeren van objecten die dreigen te botsen met aardobservatiesatellieten, of wanneer de satelliet het einde van zijn levensduur nadert.

'Mensen hebben het steeds vaker over satellieten. Wie kijkt er naar ons en waarom? Wat gaan we doen aan alle drukte in de ruimte en aan het ruimteafval? De discussie is de afgelopen vijf à tien jaar in een stroomversnelling geraakt. Maar tot nu toe was er nog geen enkele organisatie gekomen met een oplossing om op een passieve, niet verstorende manier direct te kunnen meten en identificeren', vervolgt Fabrizio.

'Natuurlijk zijn er al identificatieoplossingen, en zelfs het idee van retroreflectoren voor dit doel is niet nieuw. Maar het verschil met SLP is dat we - in plaats van simpelweg te detecteren dat er "iets" is met bepaalde kenmerken - kunnen identificeren om welke specifieke satelliet het gaat en van wie hij is. Dit zou een goede manier kunnen zijn om tot één standaard voor de hele ruimtevaartsector te komen.'

Vervolgstappen

Nu het team heeft aangetoond dat de technologie op de grond werkt, is de volgende stap om het systeem te testen in de ruimte, waar de omgeving zeer variabel is. 'We zijn bezig met de optische grondterminal voor het station, en in dat kader zijn we op zoek naar partners die van plan zijn om binnenkort een satelliet te lanceren. Als wij onze tags aan hun satellieten zouden mogen bevestigen, zouden we de technologie volledig kunnen testen. Beleidsmakers, de Verenigde Naties en organisaties als NASA en ESA – iedereen is op zoek naar oplossingen voor het groeiende probleem van ruimteafval. SLP zou wel eens zo'n oplossing kunnen zijn.'

Wil je meewerken aan SLP? Neem dan vandaag nog contact op met TNO.

Laat je verder inspireren

32 resultaten, getoond 1 t/m 5

ESA kiest Nederlands satellietsysteem voor lokale emissiemonitoring

Informatietype:
Nieuws
21 februari 2024
ESA kiest Nederlands satellietsysteem voor lokale emissiemonitoring.

Nederlands satellietinstrument verstuurt voor het eerst data via laser naar aarde

Informatietype:
Nieuws
24 januari 2024

TNO ondersteunt Uruguay in gebruik satellietdata bij voorspelling luchtkwaliteit

Informatietype:
Nieuws
16 januari 2024

Onderzoekers pleiten voor gidsrol Nederland in wereldwijde methaanmonitoring

Informatietype:
Nieuws
30 november 2023

TNO bouwt laserpointer voor ruimtemissie LISA gericht op zwarte gaten

Informatietype:
Nieuws
23 oktober 2023