Satelliten-Verwundbarkeitsanalyse-Software »PIRAT«

© Fraunhofer EMI

PIRAT Software Tool des EMI zur Untersuchung der Verwundbarkeit von Satellitenkomponenten gegen Einschläge von Weltraummüll und Mikrometeoroiden.

Weltraumschrott ist ein Oberbegriff für Objekte in Erdumlaufbahnen, die eine Kollisionsgefahr für Raumfahrzeuge darstellen. Weltraumschrott entsteht unter anderem als Abfallprodukt bei Raketenstarts, bei der Trennung von Oberstufen, bei der Freisetzung der Satelliten oder bei der Zerlegung von Raumfahrzeugen durch Explosion von Resttreibstoffen oder Batterien sowie durch Kollisionen zwischen Objekten in erdnahen Umlaufbahnen. Eine weitere Ursache sind abgebrannte Treibstoffe von Feststoffmotoren.

Durch Weltraumschrott in Erdumlaufbahnen können Satelliten zerstört und andere Objekte beschädigt werden.

Die Relativgeschwindigkeit zwischen Weltraummüll und einem Raumfahrzeug kann bis zu 16 Kilometern pro Sekunde in erdnahen Umlaufbahnen betragen. Kollisionen mit Weltraumschrott-Teilchen bereits ab einer Größe von einem Millimeter können ernste Konsequenzen für Satelliten haben, denn Teilchen ab dieser Größe können Satellitenwände durchdringen, und im Innern des Satelliten auf Komponenten wie Druckleitungen und -Tanks, Treibstofftanks, Kabel und elektronische Geräte aufprallen und diese schädigen oder zerstören. Komponenten auf der Außenseite des Satelliten sind besonders von Einschlägen betroffen, lassen sich aber kaum dagegen schützen.

Wie wahrscheinlich es ist, dass Komponenten eines Satelliten durch Weltraumschrott zerstört werden, konnte bisher nur abgeschätzt werden. Mit der neu entwickelten Verwundbarkeitsanalyse-Software »PIRAT« (»Particle Impact Risk and Vulnerability Assessment Tool«) kann nun die Versagenswahrscheinlichkeit für jede einzelne Komponente des Raumfahrzeugs durch Einschläge von Weltraumschrott und Mikrometeoroiden berechnet werden. Die im Fraunhofer EMI entwickelte Software hilft, die Gefährdung, die von der zunehmenden Verschmutzung des erdnahen Weltraums durch Weltraummüll für Raumfahrzeuge ausgeht, quantitativ zu ermitteln.

PIRAT ermöglicht es, die Verwundbarkeit einzelner Komponenten sowie des gesamten Raumfahrzeugsystems schon während früher Entwicklungsphasen (Phasen 0/A/B) zu erfassen und dadurch frühzeitig Schutzmaßnahmen für besonders exponierte  Raumfahrzeugkomponenten im Design einzuplanen. PIRAT wurde 2014 in der Concurrent Design Facility der European Space Agency (ESA) als ein Software-Tool zur Unterstützung von ESA-Ingenieuren während Phasen 0/A im Raumfahrzeugdesign eingeführt. PIRAT ist auch eine Methode, mit der Effekte, die durch den Einschlag von Weltraumschrott-Teilchen und Mikrometeoroiden entstehen, auf Systemebene in Satelliten untersucht und prognostiziert werden können.

Lizenzen für die PIRAT Software sind beim Fraunhofer EMI erhältlich.