CLOSE RANGE SPACE DEBRIS CHARACTERIZATION PAYLOAD

In recent years, the increasing proliferation of small satellites, the maturation of proposals for extensive Low Earth Orbit (LEO) constellations, and the persistent growth of orbital debris have intensified concerns about orbital debris risk. This concern has prompted efforts to predict collision risks, develop commercial Space Situational Awareness (SSA) and Active Debris Removal (ADR) services, and update debris mitigation practices. Although these actions represent constructive responses to an increasingly complex space operational setting, in an environment full of lethal nontrackable (LNT) debris population as the primary risk to assured operations in space, the need for an in situ debris characterization payload in support of debris environmental models is maturing. The author proposes an advanced Space Debris Monitoring and Mitigation Technology Payload, operating at close range, that will provide real-time, accurate data on the size, shape, and relative motion of artificial space debris in the 1 to 10 cm size range within Low Earth Orbit, and thus enhance space safety and protect valuable assets, safeguard crewed missions, and contribute to the responsible management of Earth’s orbital environment. 3-D Imaging flash lidar is recognized as a primary candidate sensor for debris proximity operations. This thesis describes the lidar instrument design and capabilities to identify hazardous features, making it a critical component to create a comprehensive framework of space.

Negli ultimi anni, la proliferazione di piccoli satelliti, la maturazione di proposte per estese costellazioni in bassa orbita terrestre (LEO), e la crescita persistente dei detriti orbitali hanno acuito le preoccupazioni legate ai rischi derivanti da questi ultimi. Questa preoccupazione ha comportato una focalizzazione volta a prevedere i rischi di collisione, sviluppare servizi commerciali di Consapevolezza Situazionale dello Spazio e Rimozione Attiva dei Detriti, e aggiornare le pratiche di mitigazione dei detriti. Sebbene queste azioni rappresentino risposte costruttive a un ambiente operativo spaziale sempre più complesso, in un contesto caratterizzato dalla presenza di una vasta popolazione di detriti non tracciabili (LNT), sta maturando la necessità di un carico di caratterizzazione dei detriti in situ a supporto dei modelli esistenti. L’autore propone un avanzato carico tecnologico per il Monitoraggio e la Mitigazione dei Detriti Spaziali, operante a distanza ravvicinata, che fornirà dati in tempo reale e accurati sulla dimensione, forma e movimento relativo dei detriti spaziali artificiali nell’intervallo di dimensioni da 1 a 10 cm in bassa orbita terrestre, contribuendo così ad aumentare la sicurezza spaziale, proteggere risorse di valore, garantire missioni con equipaggio e contribuire alla gestione responsabile dello spazio orbitale terrestre. Il lidar flash tridimensionale per imaging è riconosciuto come il candidato primario come strumento per le operazioni in prossimità di detriti. Questa tesi descrive la progettazione strumentale del lidar e le sue capacità per identificare elementi pericolosi, contribuendo così a creare un quadro completo più sicuro dello spazio.