Lasertracking auf der Freistrahlstrecke
Laser Tracking System im Labor
Die Erfassung und das kontinuierliche Nachführen auf schnell fliegende, entfernte Objekte wie UAVs oder Weltraumschrott erfordern hochpräzise und hochempfindliche Trackingsysteme, welche Genauigkeiten im sub µrad Bereich und Bandbreiten im kHz Bereich besitzen. Diese Anforderungen ergeben sich aus den unvermeidlichen Luftturbulenzen der Atmosphäre, welche u. a. zu einer Destabilisierung der Schwerpunktslage eines Laserstrahls und infolgedessen zu einer reduzierten Leistungsdichte auf dem Zielobjekt führen. Weitere Störungen der Strahlrichtung werden hervorgerufen durch Vibrationen der Montierung der Sendeoptik. Die typischen Zeitkonstanten für Änderungen der atmosphärischen Turbulenzzellen liegen im Bereich von 10 bis 100 ms. In Abhängigkeit von den vorliegenden meteorologischen Bedingungen treten dabei Ablenkwinkel von bis zu 100 µrad auf.
Die in der Abteilung TP-AO entwickelten Laser Tracking Systeme erfüllen diese Anforderungen und sind darüber hinaus echtzeitfähig. Die Systeme basieren auf kommerziell erhältlichen Kippspiegeln mit piezogetriebenen Aktuatoren. Als Positionssensoren kommen hochempfindliche Quadrantendioden mit selbstentwickelter Messverstärkerelektronik zum Einsatz. Eine kompakte Laser Tracking Einheit wurde erfolgreich an ein 10 Zoll Schmidt-Cassegrain Spiegelteleskop angeflanscht, um Trackingexperimente über große Distanzen durchführen zu können. Zur Überprüfung der Eignung im Feld wurden etliche Tests auf der Laserfreistrahlstrecke des Institutes für Technische Physik durchgeführt. Bei diesen Tests konnte über eine Trassenlänge von 130 m eine turbulenzbedingte Strahlrichtungsinstabilität von 6 µrad (Standardabweichung) auf weniger als 300 nrad reduziert werden. Dies entspricht einer Richtungsschwankung von ca. 1 mm auf 3 km Abstand.
Die bei den atmosphärischen Nachführexperimenten gewonnenen Daten erlauben die Skalierung der Systemanforderungen auf relevante Entfernungen von mehreren Kilometern. Darüber hinaus werden dadurch die Grundlagen gelegt, um Satelliten und Weltraumschrott auf ihren Bahnen im LEO und GEO hochpräzise verfolgen und die entsprechenden Bahndaten bestimmen zu können.