Preliminary design of an optical sensor for on-orbit debris detection and tracking

The problem of space debris is getting more relevant as time passes, the number of object potentially harmful for on orbit satellites is already superior to the hundreds of thousand and will probably only grow with time. Satellites are normally shielded for space objects with dimensions up to 1 cm, while larger debris are usually tracked by earth-based sys- tems, anyway those are not constantly operating and cannot track all kinds of debris. The aim of this thesis is the design of an instrument, mountable on satellites, capable of detecting space debris and perform measurements in order to obtain the future trajectory of an approaching object; with the data collected it is possible to estimate if there is any risk of collision between the debris and the satellite. The design is going to start from zero since no similar instrument have been developed yet; first the basic functioning of the technology is studied, than a trade-off analysis is done in order to select the best instrument’s architecture, finally a more advanced design regarding the instrument components and actual capabilities is performed.

Il problema dei detriti spaziali sta diventando sempre più rilevante, la quantità di oggetti in orbita potenzialmente pericolosi per i satelliti è già superiore alle centinaia di migliaia e probabilmente questo numero continuerà solo che a crescere nel tempo. I satelliti sono schermati dai detriti con dimensioni fino a 1 cm, mentre i detriti più grandi sono monitorati da sistemi a terra, in ogni caso questi non sono in grado di operare costan- temente e tracciare ogni tipo di detrito. Lo scopo di questa tesi è il design di uno strumento da montare a bordo dei satelliti capace di rilevare i detriti spaziali ed effettuare misurazioni in moda da ottenere la futura traiettoria di questi oggetti; con i dati raccolti sarà poi possibile stimare la possibilità di un eventuale collisione tra il satellite e i detriti. Poichè non esistono attualmente sistemi simili a quello proposto il design comincerà da zero; per prima cosa verrà studiato il funzionamento di base di questa tecnologia, succes- sivamente un analisi sarà eseguita per la scelta della migliore architettura e configurazione dello strumento, in fine la tesi si concluderà con un design più avanzato dello strumento e delle sue prestazioni.