Simulations-basierte Bestimmung der auf erdnahen Satelliten eingehenden Albedo- und Infrarot-Strahlungsleistung

Die im Weltall auftretenden extremen Temperaturen stellen einen der wesentlichen Aspekte dar, die bei dem Entwurf von Raumflugkörpern, wie Satelliten, berücksichtigt werden müssen. Für alle Komponenten eines Satelliten müssen Temperaturbereiche eingehalten werden, die einen fehlerfreien Betrieb garantieren und eine Beschädigung durch Überhitzung oder Einfrieren ausschließen. Ein Satellit im erdnahen Orbit nimmt maßgeblich Energie in Form von Wärme durch direkte Sonneneinstrahlung, von der Erde reflektierte Sonnenstrahlung und von der Erde emittierte Infrarotstrahlung auf. Im Vakuum des Weltalls kann das thermische Gleichgewicht eines Satelliten nur durch Einstrahlung und Abstrahlung geregelt werden. Die Bestimmung der maximal auf einen Satelliten auftreffenden Strahlungsenergie kann durch den Einsatz von moderner 3D-Simulationstechnik bereits vor dem Antritt einer Mission ermittelt werden. Hierbei ermöglicht die Nutzung einer virtuellen Testumgebung die Planung und Analyse unterschiedlichster Missionsszenarien unter Berücksichtigung der auftreffenden Strahlungsenergie und damit resultierenden Wärmeentwicklung des Satelliten.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der am MMI bestehende Ansatz, zur Simulation der auf einen Satelliten auftreffenden solaren Strahlungsenergie, um die von der Erde ausgehende Strahlung erweitert werden. Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung der auftreffenden Albedo- sowie Infrarot- Strahlungsenergie und der hieraus resultierenden eingehenden Strahlungsleistung für einen erdnahen Satelliten pro Simulations-Zeitschritt. Hierfür soll zunächst eine umfassende Literaturrecherche zu den physikalischen Grundlagen sowie dem Stand der Technik im Bereich Rendering als auch Raytracing durchgeführt werden. Anschließend soll ein Render-basierter Ansatz entwickelt sowie implementiert werden, der die eingehende Strahlungsleistung in Echtzeit berechnet. Der hier entwickelte Ansatz soll zudem gängigen Raytracing-Verfahren, zur Bestimmung der von sphärischen Körpern emittierten Strahlung, gegenübergestellt werden.

Stichworte: 3D-Simulation, Rendering, Raytracing, Ambient Occlusion Computation