Beobachtung von künstlichen Satelliten und kosmischen Trümmern
Seit den 1950 Jahren hat die Menschheit tausende von Satelliten ins All geschickt. Nach Ablauf ihrer Lebensdauer verbleiben sie jedoch im Orbit und werden so zu Weltraumschrott. Und das sind nicht nur ausgediente Satelliten, sondern auch ihre Trägerraketen, Fragmente und Ausrüstungsgegenstände. Die Menge an Weltraumschrottobjekten, die größer als 1 cm sind, wird auf etwa 750.000 geschätzt. Alle diese Objekte stellen eine Gefahr für aktive Satelliten dar. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat das Projekt SST (Space Surveillance and Tracking) zur Beobachtung von Schrott gestartet. In diesem Projekt werden Daten von Beobachtern gesammelt und zur Berechnung der Flugbahn verwendet.
Technische Ausstattung
Unsere Beobachtungen führen wir mit dem Teleskop Planeware CDK17 aus, welches sich in der Südostkuppel befindet. Bei einer Blende von f/6,8 hat das Fernglas eine Brennweite von 2939 mm, die wir in der Regel mit einem 0,66-fach Fokusreduzierer auf 1980 mm verkürzen und damit eine Blende von f/4,6 erreichen. Auf dem Teleskop ist ein Fokussierer, welcher uns mit einem Programm ermöglicht, entfernte Objekte zu verschärfen.
Das Teleskop befindet sich auf der neuen 10-Mikron-Montage GM3000 HPS, die auf einer neuen Säule der Firma „Baader Planetarium“ montiert ist. Die Montage kann sich auf beiden Achsen gleichzeitig bewegen, was für das beobachten von sich schnell bewegenden Satelliten ideal ist.
Die Südostkuppel ist auch mit dem Gerät „MaxDome“ ausgestattet, was ein Steuern der Kuppel durch ein Programm ermöglicht.
Zur Bildaufnahme benutzen wir eine CCD Kamera. Derzeit haben wir zwei Kameras von Apogee, die CG230 und die CG9000. Apogee Aspen CG230 ist vom „back-illuminated“-Typ, der eine höchstmögliche Empfindlichkeit gegenüber einfallendem Licht garantiert. Die Größe des CCD Sensors, bestehend aus einer Matrix von 2048×2048 Pixel mit einer Pixelgröße vom 15 Mikrometern, beträgt 30,72×30,72 mm. Das CCD-Kamerafeld in unserem großen 43 cm Planeware CDK17-Teleskop beträgt somit 35×35, also etwa 0.35 Quadratgrad und ist vergleichbar mit der Größe des Mondes. Apogee Aspen CG9000 ist zwar mit einem Chip des Typs „front-illuminated“ ausgestattet, welcher etwas weniger empfindlich ist als der „back-illuminated“-Typ, aber einen größeren CCD-Sensor von 36,7×36,7 mm (dies ist eine 3056×3056-Pixel-Matrix, mit einer Pixelgröße von 12 Mikrometern) hat, und daher das ganze Sichtfeld unseres 43 cm Teleskops ausnutzt. Bei der Benutzung eines 0,66-fachen Fokusreduzierers beträgt das Gesichtsfeld 64×64, also etwa 1,13 Quadratgrad, was für eine erfolgreiche Verfolgung und suche nach sich schnell bewegenden Satelliten und Weltraumschrott nötig ist.
Der Steuercomputer ist in der Lage, die Bewegung des Teleskops und der Kuppel so zu synchronisieren, dass der Spalt und das Teleskop immer in die gleiche Richtung zeigen. Außerdem kann er die Montage so steuern, dass sie sich mit dem Satelliten Bewegt, und dass sich die Bilder in der Sequenz übertragen. Die Bilder haben hohe Anforderungen an die Genauigkeit: 3,6 Bogensekunden und 1 Millisekunde. Ein Lokaler NPT-Server hilft uns bei der Zeitgenauigkeit.
Der Umlaufbahn nach sind Objekte in Kategorien eingeteilt. Hier handelt es hauptsächlich um Objekte auf der niedrigen Umlaufbahn um die Erde (Low Earth Orbit, LEO), Objekte auf der Mittleren Umlaufbahn um die Erde (Medium Earth Orbit, MEO), und geostationäre Satelliten (Geostationary Earth Orbit, GEO). Objekte des Typs MEO und GEO bewegen sich langsamer, weshalb es möglich ist, im Sichtfeld unserer CCD Kamera mit einer Breite über ein Grad ein Objekt 5-mal hintereinander zu sehen. Dabei wird das Objekt so beobachtet, das es immer noch Punkförmig ist. Zudem wird ein statisches Referenzbild des Sternenfeldes aufgenommen. Das Programm ASAP (Asteroid and Satellite Automatic Processor) kann dann solche Messungen bearbeiten. Dieses Programm wurde uns im Rahmen der Projektkooperation von der tschechischen Firma Iguassu Software Systems bereitgestellt.
Objekte des LEO Typs sind sehr schnell und sie lassen sich nicht anders als Liniensegmente Beobachten, denn auch nur bei einer sehr kurzen Belichtung schaffen sie es, sich über mehrere Punkte der Matrix unserer CCD Kamera zu bewegen. Für das Messen dieser Objekte haben wir ein Programm vorbereitet, mit dem der Beobachter individuell die Bilder vermisst, die auf dem Satelliten vom Typ LEO erkannt wurden. Nach der Messung der genauen Positionen der Satelliten am Himmel (Äquatorialkoordinaten, also Rektaszension und Deklination) ist es notwendig, mehrere Messungen eines Objekts in einem bestimmten kürzeren Zeitraum zu einer Datei zusammenzufassen, um eine sogenannte „Tracklet“ zu erstellen. Diese Tracklets bilden seperate Dateien in einem vereinbarten Standartformat (TDM) und bilden somit individuelle konkrete Ergebnisse unserer Bemühungen. Die Betrachtung und anschließende Bearbeitung eines Tracklets nimmt durchschnittlich 10 bis 20 Minuten der Arbeitszeit eines Arbeiters in Anspruch.
Ergebnisse
SSA P2-SST-X Support Observations and Sensor Qualification
An diesem Projekt waren wir in den Jahren 2015-2017 als Subunternehmer für das italienische Konsortium eGeos beteiligt. Unser Ziel war die Qualifizierung unseres Teleskops, die eine weitere Teilnahme an Projekten ermöglicht. Im Jahr 2016 haben wir die Positionen von 715 LEO Objekten (niedrige Erdumlaufbahn/low earth orbit) und 11588 MEO- (mittlere Erdumlaufbahn/middle earth orbit) und GEO- (geostationary earth orbit) Objekten gemessen. Im Jahr darauf haben wir unsere Messungen fortgesetzt und 318 weitere LEO-, und 3173 weitere MEO- und GEO-Objekte gemessen. Durch die Analyse der gemessenen Daten wurde festgestellt, dass die durchschnittlichen Ungenauigkeiten unserer Messungen in höheren Umlaufbahnen (MEO und GEO) bei etwa 1 Bogensekunde liegen, was für die Bedürfnisse der ESA reicht. Die durchschnittlichen Ungenauigkeiten bei unseren LEO Messungen liegen bei etwa 5 Bogensekunden, was auch ausreichend für die ESA ist. Aufgrund dieser Daten hat die ESA unser Teleskop „SHOT“ als ideal zum Beobachten vom Weltallschrott qualifiziert.
SSA P3-SST-III Robotic Telescopes Demonstration
Im Jahr 2018 sind wir diesem ESA-Vertrag als Subunternehmer beigetreten, den die tschechische Firma Iguassu gewonnen hat, mit der wir die Zusammenarbeit im Rahmen des vorherigen Vertrags begonnen haben. Das Hauptziel dieser Aktivität war die Inbetriebnahme von zwei TBT (Test-Bed Telescope) Roboterteleskopen, die der ESA-Organisation gehörten, und ihre Netzverbindung zu anderen Roboterteleskopen. Unser Ziel war es unser SHOT Teleskop soweit wie möglich zu automatisieren, und mit unseren Beobachtungen im Rahmen dieses Netzwerkes zu den koordinierten Kampagnen beizutragen, die den Zielen der ESA entsprechen. Unser Vertrag begann im Mai 2018.
Unsere Ziele waren die erneute Inbetriebnahme des SHOT Teleskops nach der Rekonstruktion des Observatoriums, die Überprüfung aller Komponenten unseres Sensors (Montage, Teleskop, CCD Kamera, Fokussierung, Spiegelheizung, der lokale NTP Server, Wettersensor), die Erhöhung unserer Messgenauigkeit, und die Erstellung eines neuen Programmes für die Automatisierung der Beobachtungen.
Die Beobachtungskampagne fand von März bis Mail 2021 statt.
P3-SST-XXII Polish SST Small Telescope Assessment and Prototyped Operations
Im Jahr 2020 sind wir in Zusammenarbeit mit der tschechischen Firma Iguassu dem Netzwerk kleiner polnischer Teleskope beigetreten, die Testbeobachtungskampagne fand im November und Dezember 2020 statt. Die zweite Beobachtungskampagne fand im November und Dezember 2021 statt.
P3-SST-XIX SST Sensor Data Acquisition for Endurance Tests and Validation – Phase 2
Mit einem im Jahr 2020 ins Leben gebrachten Projekt testet die ESA die Funktionalität und Leistung ihrer Systeme und bezog auch Observatorien in Testkampagnen ein. Wir nahmen als eines der Observatorien mit der Beobachtung der Satelliten auf ihrer geostationären Bahn teil. Das Projekt wird vom Astronomischen Institut der Schweizer Universität Bem geleitet. Die Kalibrierkampagne fand im Januar und Februar statt, die Beobachtungskampagne im Oktober, 2021.
S2P S1-SC-09 – Support of the Development of Sensors, Joint Test and Operation of a European Optical Network
Ein Projekt der Firma Astros Solutions s.r.o. Dieses Projekt schließt sich der ESA Slowenien an, die noch kein ESA Mitglied ist. Das Projekt knüpft an das oben erwähnte Projekt P3-SST-III Robotic Telescope Demonstration an. Im November und Dezember wurde unser Sensor für dieses Projekt kalibriert, das 2022 fortgesetzt wird.
EU SST
Seit 2020 beteiligen wir uns aktiv am neuen Programm der Europäischen Union namens EU SST, dass sich erneut der Überwachung von vom Menschenhand erstellten Weltallschrott im Umfeld der Erde widmet. Dabei sind wir in enger Zusammenarbeit mit dem Abteil der Intelligenten Transportsysteme, kosmischer Aktivitäten, und F&E des Verkehrsministeriums der Tschechischen Republik. Die EU ist am sicheren Betrieb ihrer Satelliten interessiert und erstellt daher ein Programm zum Schutz ihrer Vermögenswerte und zur Unterstützung der sicheren Nutzung des Weltalls, um so den sicheren Betrieb von wichtigen Systemen auf der Erde sicherzustellen. Die Tschechische Republik ist über ihr Verkehrsministerium an der Beteiligung des Observatoriums in Teplice am EU SST-Konsortium interessiert. Der Anfang unserer vertraglichen Zusammenarbeit ist zu Anfang des Jahres 2023 geplant.
