ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
9-apr-2024
2023/2024
La popolazione di detriti spaziali sta costantemente crescendo, diventando un serio problema per l’ambiente spaziale a causa del rischio di collisione che può causare seri danni ai satelliti in orbita. Oggigiorno, la loro rilevazione viene eseguita principalmente tramite radar e telescopi ottici di terra, ma la grande distanza dalla superficie della Terra e l’attenuazione atmosferica limitano la rilevazione di detriti spaziali più piccoli di 10 cm e possono ancora essere dannosi in base alla loro velocità. L’obiettivo di questa tesi è di svolgere una progettazione preliminare per la rilevazione e la ricostruzione autonoma della posizione dei detriti spaziali. Tra gli approcci spaziali il LiDAR che è un radar nel dominio della lunghezza d’onda ottica, è stato selezionato poiché combina il vantaggio del radar di operare a qualsiasi ora del giorno, indipendentemente dall’illuminazione del Sole e l’accuratezza dei sensori ottici la cui tecnologia sta migliorando negli ultimi anni. Il satellite montato con il LiDAR si assume che sia collocato su un’orbita terrestre bassa perché è la più congestionata da detriti spaziali. L’emettitore laser del LiDAR scansionerà una porzione di cielo tramite sistemi microelettromeccanici. Le lunghezze d’onda laser nel vicino infrarosso di 915 nm e nell’ultravioletto di 355 nm sono considerate per eseguire un’analisi comparativa. L’emettitore laser a 915 nm si è rivelato consentire la rilevazione di detriti spaziali a distanze più elevate. In aggiunta, quando confrontata alla stessa distanza con il laser con la lunghezza d’onda nell’ultravioletto, l’apertura ottica, che permette la rilevazione, è risultata essere più piccola.
Space debris population is constantly growing, becoming a serious problem for the space environment because of the risk of collision which can cause serious damages to on-orbit spacecrafts. Nowadays, their detection is performed mainly through ground-based radars and optical telescopes, but the wide distance from the Earth’s surface and the atmospheric attenuation limit the detection of space debris smaller than 10 cm and they can still be harmful depending on their velocity. The aim of this thesis is to carry out a preliminary design for autonomous space debris detection and state space reconstruction. Between the space-based approaches the LiDAR which is a radar in the optical wavelength domain, has been selected since it combines the advantage of radar to operate at any time of the day, independently by the Sun illumination and the accuracy of the optical sensors which technology is improving in the last years. The spacecraft mounted with the LiDAR is assumed to be placed on a Low Earth Orbit because it is the most congested by space debris. The laser emitter of the LiDAR will scan a portion of the sky through Micro-Electro-Mechanical-Systems. Laser wavelengths in the Near-Infrared of 915 nm and in the Ultraviolet of 355 nm are considered to perform a trade-off analysis. The 915 nm laser emitter turned out to permit the space debris detection at higher ranges. In addition, when compared at the same range with the laser with the wavelength in the Ultraviolet, the optical aperture, which permits the detection, resulted to be smaller.