激光雷达在太空中的作用

安装在国际空间站上的Nanoracks Kaber部署系统于2018年5月发布了RemoveDEBRIS卫星。100公斤级卫星最复杂的有效载荷是基于视觉的导航(VBN)传感器。

这VBN传感器已考虑到主动碎片清除和空间交会应用。传感器的结构也可用于未来的太空探索任务，如登陆火星或月球、水下测绘、无人飞行器(如无人机)、汽车、林业管理和畜牧业应用。

在太空中的人类活动随着时间的推移产生了大量的垃圾，这是它现在是太空飞行国家的问题。

在多次发生轨道碎片和卫星之间的碰撞。国际空间站（ISS）几乎每天都会改变其轨道以避免碎片的威胁。

图1。发射器坦克在南非恢复。图像信用：Argus / Enver Essop。

据估计，2014年共有600块重达10万公斤的碎片重新进入地球大气层。在50年多一点的时间里，4800多次发射已经将大约6000颗卫星送入轨道。

今天在轨道上运行的卫星还不到1000颗。美国空间监视网络(SSN)跟踪并报告了超过12000个轨道实体的目录。在近地轨道上观测到的物体大于5至10厘米，在地球同步高度上观测到的物体大于30厘米至1米。

仅SSN目录中的6％的对象是活动的。更加促使轨道碎片数量的最成功的方式是大规模减少含有高密度的空间碎片。

在过去的几年里，一个有效的解决方案已经开发出来了，那就是直接删除不活跃的对象。EC FP7 RemoveDEBRIS项目/任务的目标是进行在轨主动碎片清除(ADR)。

这种低成本任务（11.3亿欧元）的结构包括100千克的微卫星，称为Removesat。Removesat被弹出，然后捕获和解吸了两个目标空间碎片，命名为Debrisats。

在轨道上研究了脱轨、交会和捕获等一系列重要技术，如网、鱼叉和基于激光雷达的视觉传感器。ADR任务的成功关键取决于基于视觉的传感器。

建立传感器启用主滚动轴和要识别的碎片的几何特征。如果没有此数据，则无法进行邻近导航和捕获。

RemoveDEBRIS是世界上第一个、可能也是最关键的轨道ADR演示之一，它是实现地球轨道环境更清洁的最终目标的关键先决条件。

CSEM是由萨里大学航天系领导的财团的一部分，空中客车和SSTL是主要的航天工业。CSEM负责视觉导航(VBN)传感器。

VBN传感器由两个子系统组成:一个彩色摄像机和一个闪光成像激光雷达。相机是现成的产品，所以激光雷达是创新的。

由于任务成本低，大部分部件不符合空间要求。整个系统已经由CSEM配置并使之成为可能。

图2。带激光头的VBN传感器，激光雷达接收器和相机。图片来源:CSEM

传感器的尺寸为10×10×15cm^3.，它的质量是2kg。它能在0.5米到100米以上的距离捕捉到3D图像。

该使命现已完成，Removesat将在即将到来的几个月内销毁。现在可用了轨道上捕获的数十和3D图像。下图左侧，LIDAR 3D图像或深度图以及右侧，由相机捕获的彩色图像，几秒钟延迟。

图3。左，激光雷达图像与颜色指示距离。正确的,相机图像。图片来源:CSEM

Debrisat 2上测量的大部分距离（绿色斑点）2提供了11.26米的有效的雷莫特 - 德布拉斯特范围。蓝色和红色斑点表示由于阳光界面的像素饱和导致的距离测量错误。这在右侧也可见，接收强阳光的区域也饱和。

距离测量超过100米以上实现。当阳光或地球反射的光不饱和检测器时，测量在任何距离下的指定精度在10厘米以下10厘米处。

删除液体允许展示闪光成像激光器的简单性，用于ADR，并识别在具有强大和不同的光干扰的具有挑战性的操作条件下保持测量精度的补救措施。

该项目已由欧洲共同体的空间研究计划提供资金，但在拨款协议下。607099.

致谢

• 由A. Pollini, C亚博网站下载. Pache, S. Pernecker, M. Tomil, L. Giriens, G. Perruchoud, F. Droz, j -L.撰写。Nagel, P.A. Beuchat, J. Bennes和A. de Souza来自CSEM。

这些信息已经从CSEM提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问CSEM。