DLR desarrolla una estación móvil para medición láser por satélite

DLR desarrolla una estación móvil para medición láser por satélite
por redactores del personal
Stuttgart, Alemania (SPX) 12 de febrero de 2024
Satellite Laser Ranging (SLR) es un método muy preciso basado en láser para determinar la distancia entre un satélite y la Tierra con una precisión de unos pocos milímetros. SLR se utiliza principalmente en geodesia. Esto se debe a que la medición precisa de las órbitas de los satélites ayuda a determinar cambios en la estructura y rotación de la Tierra. El método SLR también aporta importantes contribuciones en el campo de la navegación por satélite.

Hasta la fecha, los sistemas necesarios para las SLR han sido estaciones de gran tamaño. Su construcción es compleja, costosa y requieren de varias personas para operarlos. El Centro Aeroespacial Alemán ha desarrollado una versión móvil mucho más pequeña. La ‘miniSLR’ es transportable, más fácil de configurar y mantener y puede funcionar automáticamente. Esto lo hace considerablemente más económico que los sistemas SLR habituales. El prototipo de miniSLR ya ha proporcionado datos de medición en condiciones operativas realistas que pueden competir con grandes sistemas estacionarios.

Tecnología SLR: medición con precisión milimétrica en una distancia de varios miles de kilómetros
En el caso de las SLR, una estación terrestre emite un rayo láser en forma de pulsos cortos. Este rayo incide en el satélite objetivo, se refleja y es detectado por la estación terrestre mediante un telescopio. La distancia entre el objeto y la estación terrestre se puede calcular con mucha precisión en función del tiempo que tarda la luz láser en recorrer esta distancia.

Para el proceso SLR de alta precisión, el satélite necesita un reflector, similar a un reflector o un ojo de gato en una carretera. También ayuda conocer los datos aproximados de la órbita, utilizando mediciones de radar menos precisas, por ejemplo. En las SLR es necesario apuntar con el rayo láser al satélite, que a veces se encuentra a varios miles de kilómetros de distancia y viaja a una velocidad de más de 28.000 kilómetros por hora.

miniSLR: flexible, totalmente automática, rentable y, sin embargo, muy precisa
El compacto sistema miniSLR desarrollado en el Instituto de Física Técnica DLR de Stuttgart tiene forma de caja, está completamente cerrado y pesa aproximadamente 600 kilogramos. Tiene 1,8 metros de largo, 1,3 metros de ancho y dos metros de alto. Para utilizarlo, los investigadores sólo necesitan una superficie estable y conexiones eléctricas y de internet. En el futuro, la miniSLR funcionará de forma totalmente automática, lo que también reducirá significativamente los costes operativos de una estación. Actualmente, el equipo todavía controla el prototipo manualmente.

“Un gran desafío del proyecto fue miniaturizar los componentes principales de la miniSLR”, explica el investigador del DLR Wolfgang Riede. Es Jefe del Departamento de Sistemas Ópticos Activos, donde se ubica el proyecto. “Para mantener el sistema lo más pequeño y compacto posible, utilizamos un láser de estado sólido bombeado por diodos. Tiene la potencia necesaria pero no ocupa tanto espacio. Esto es un factor decisivo, porque el telescopio del miniSLR es también más pequeño.

Sin un láser potente, de lo contrario no recibiríamos suficiente luz láser para poder realizar mediciones exitosas.” En grandes sistemas estacionarios, el telescopio tiene un diámetro de 50 a 80 centímetros. El sistema DLR, por el contrario, Sólo se necesitan 20 centímetros y, al mismo tiempo, el equipo del proyecto calcula que las miniSLR pueden costar entre tres y cinco veces menos que las estaciones convencionales, que cuestan entre tres y cinco millones de euros.

Alto nivel de preparación tecnológica: el prototipo funciona en un entorno real
Durante varios años, el pequeño equipo formado por un puñado de investigadores desarrolló, construyó y probó exhaustivamente un prototipo inicial de miniSLR. “En términos de precisión, hemos avanzado mucho y hemos producido muchos datos de medición válidos. Ya en 2023 demostramos que podíamos lograr la misma precisión que los sistemas SLR estacionarios con nuestra estación significativamente más simplificada y más rentable”. Para ello, el equipo del proyecto realizó mediciones con varios satélites y luego comparó estos datos con los de 35 estaciones SLR convencionales.

Con su trabajo previo y las mediciones en exteriores, los investigadores del DLR han demostrado que su prototipo funciona en un entorno realista. miniSLR alcanza así un alto nivel de preparación tecnológica (TRL) de seis. En una escala del uno al nueve, el TRL evalúa el estado de desarrollo de las nuevas tecnologías en camino a su aplicación comercial. Los muchos años de trabajo realizado por el Instituto de Física Técnica en los campos de las tecnologías ópticas y láser sirvieron de base para este logro. Esto se debe a que seleccionar el láser adecuado para esta aplicación particular y combinar el telescopio, la cámara óptica y la guía del rayo láser requiere una gran cantidad de conocimientos y experiencia. Para el software, el equipo del proyecto también pudo aprovechar gran parte del trabajo del Instituto sobre la detección de desechos espaciales mediante láser.

El equipo de miniSLR está trabajando actualmente para optimizar aún más el sistema. El objetivo es salir al mercado junto con socios de la industria y lanzar una producción a pequeña escala. DLR ya ha firmado un acuerdo de licencia con la empresa DiGOS, con sede en Potsdam, para construir conjuntamente un prototipo mejorado.

Abriendo nuevos campos de aplicación para SLR: control de constelaciones de satélites
SLR es actualmente la tecnología más precisa para determinar la ubicación de un satélite. Sin embargo, el proceso depende de un clima relativamente bueno, especialmente de una mínima nubosidad. En el futuro, la SLR también podría utilizarse para medir con mayor precisión la trayectoria de otros objetos en el espacio, por ejemplo, desechos espaciales en forma de satélites inactivos o defectuosos equipados con un reflector.

Por ello, el Instituto también hace campaña para que todos los nuevos satélites estén equipados con ellos. Esto facilitaría evitar colisiones entre desechos y satélites activos. “Con proyectos como miniSLR, DLR ayuda a abrir más ubicaciones para estaciones SLR y a encontrar nuevas aplicaciones para esta tecnología, como por ejemplo la monitorización de grandes constelaciones de satélites como parte de la gestión del tráfico espacial. Dado que para muchos satélites es importante contar con una precisión cada vez mayor aplicaciones, aquí hay un gran potencial”, explica Wolfgang Riede.

La red del Servicio Internacional de Medición Láser (ILRS) cuenta actualmente con más de 40 estaciones de medición láser activas en todo el mundo. La miniSLR de DLR también figura allí y proporciona datos. La red ofrece al equipo la oportunidad de comprobar constantemente la calidad de sus propias mediciones.

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Instituto DLR de Física Técnica
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2024-02-11 22:54:33
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