Raumfahrt Nano-Satelliten aus dem ersten bayerischen Forschungslabor der ESA in Würzburg

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Die Europäische Raumfahrtorganisation ESA und das Würzburger Zentrum für Telematik arbeiten eng in einem neuen gemeinsamen Forschungslabor an der Entwicklung von Nano-Satelliten zusammen.

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Die vier Nano-Satelliten der NetSat-Formation des ZfT, die seit September 2020 im Orbit Experimente durchführen und auch im ESA_Lab@ZfT genutzt werden.
Die vier Nano-Satelliten der NetSat-Formation des ZfT, die seit September 2020 im Orbit Experimente durchführen und auch im ESA_Lab@ZfT genutzt werden.
(Bild: Zentrum für Telematik Würzburg)

Die Raumfahrt erlebt aktuell dramatische Fortschritte und Veränderungen: Satelliten werden immer kompakter und intelligenter und damit auch kostengünstiger. Im Verbund übernehmen sie im Orbit neue Aufgaben und sollen beispielsweise schon in naher Zukunft die Infrastruktur für ein globales „Internet der Dinge“ zur Verfügung stellen. Sie könnten damit Regionen den Anschluss an diese Technik ermöglichen, die bisher davon ausgespart blieben.

In diesem sich extrem schnell weiterentwickelnden strategischen Technologiefeld ist es wesentlich, die Kräfte in der Forschung zu bündeln, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Aus diesem Grund haben jetzt das Würzburger Zentrum für Telematik (ZfT) und die European Space Agency (ESA) eine Kooperationsvereinbarung abgeschlossen. In ihrem Mittelpunkt steht die gemeinsame Forschung an Kleinst-Satelliten und deren Betrieb.

Die Themen, die dabei bearbeitet werden sollen, reichen von der Produktion großer Satellitenstückzahlen über innovative Kontroll- und Informationstechnologien, beispielsweise mithilfe künstlicher Intelligenz, bis hin zum autonomen Formationsflug kleiner Satelliten im Orbit.

Enger Kontakt zur Universität Würzburg

Treibende Kraft hinter der neuen Kooperation ist Professor Klaus Schilling. Der Raumfahrtexperte ist Vorstand des Zentrums für Telematik. Gleichzeitig hat er an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) den Lehrstuhl für Informatik VII (Robotik und Telematik) inne und betreut dort Studierende im Studiengang „Satellite Technology“ des Elitenetzwerks Bayern.

Schilling ist sich sicher: „Von dieser Kooperation werden auch die Raumfahrt-Studierenden der Universität Würzburg profitieren.“ Im Rahmen der bewährten Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Telematik werden sie „spannende Ausbildungszusatzangebote“ erhalten und von Vorlesungen mit ESA-Experten profitieren. Auch Exkursionen, Praktika, Masterarbeiten und Promotionen unter Nutzung der vielfältigen Geräte und Möglichkeiten der ESA-Umgebung seien möglich.

So wird beispielsweise bereits im Juni, organisiert vom ESA_Lab@ZfT, der frühere Leiter des ESA Mission Operations Department, Paolo Ferri, Vorlesungen für die Würzburger Studierenden über fortgeschrittene Betriebsmethoden von Satelliten halten. Er hat internationale Reputation als Flugdirektor der Rosetta-Mission gewonnen, die den Kometen Churjumov-Gerassimenko erforschte und 2014 erfolgreich eine Landesonde auf seiner Oberfläche absetzte. Diese komplexe Kontrolle der Landung auf einen vorher weitgehend unbekannten Himmelskörper erwarb der europäischen Raumfahrt höchste internationale Anerkennung, und Paolo Ferri wurde als persönliches Mitglied in die „Hall of Fame“ der International Astronautical Federation aufgenommen. „Ein toller Höhepunkt auf dem Vorlesungsprogramm des Sommersemesters“, wie Schilling sagt.

Kooperation mit dem European Space Operations Center

ESA_Lab@ZfT: So lautet der Name des neuen gemeinsamen Forschungslabors. Die Würzburger Experten für Kleinsatelliten werden dort vor allem mit dem European Space Operations Center (ESOC) in Darmstadt kooperieren – der Einrichtung der ESA, die üblicherweise die europäischen Satelliten betreibt. In Darmstadt kennt sich Schilling gut aus. Er hat schon vor seiner Zeit an der Uni als Beschäftigter in der Raumfahrtindustrie wichtige Beiträge zu interplanetaren ESA-Missionen wie Cassini/Huygens zum Saturn-Mond Titan oder Rosetta zur Erforschung der Kometen geliefert.

„Wir freuen uns, innovative Lösungen für die spannenden Herausforderungen der künftigen Satellitenformationen gemeinsam mit den Erfahrungen von ESOC voranbringen zu können. Die bereits vom ZfT bereits betriebenen Formationen aus Kleinst-Satelliten bieten hier exzellente Möglichkeiten, gemeinsam an vorderster Front der Technik im Orbit zu experimentieren“, begrüßt Schilling die neue Kooperation.

Dem schließt sich ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher an: „ESA bündelt im ESA_Lab@-Programm europäische Spitzenforschungsinstitute zu einem Netzwerk. So soll Weltraumtechnik aus Europa im internationalen Wettbewerb in vorderster Linie weiter Innovationen mit einbringen.“ Aschbacher freue sich sehr, im ESA_Lab@ZfT gemeinsam mit dem Zentrum für Telematik in Würzburg „zukunftsweisende Raumfahrttechnologien in den Bereichen Kleinst-Satelliten-Formationen, fortgeschrittener Satellitenbetrieb und robotergestützte Satellitenfertigung anzupacken.“

Die Schwerpunkte der Forschung am ESA_Lab@ZfT umfassen aktuelle Themen wie

• Autonomie: Satelliten sollen eigenständig mit ihrer Software an Bord auf die lebensfeindliche und oft auch schwer vorhersagbare Weltraumumgebung reagieren können. Zum Einsatz kommen hier Methoden der adaptiven Regelung, aber auch der Künstlichen Intelligenz.

• Selbst-organisierende Formationen: Multi-Satellitensysteme stellen besonders komplexe Herausforderungen für einen sicheren Betrieb. Der Informationsaustausch zwischen den Satelliten unterstützt die Selbstorganisation im Orbit.

• Digitalisierung: Sowohl bei der Betriebs-Infrastruktur im Weltraum als auch am Boden spielen die Fortschritte der Informations- und Kommunikationstechnik eine Schlüsselrolle, um die Effizienz im Satellitenbetrieb weiter zu steigern.

• Kleinsatelliten-Fabrik: Bei künftigen Telekommunikationsnetzen für das „Internet der Dinge“ werden Industrie-4.0-Methoden eine entscheidende Rolle spielen, um größere Stückzahlen von Satelliten entsprechend schnell produzieren zu können.

• Nano-Satelliten für In-Orbit-Validierung: Kleinst-Satelliten bieten hervorragende Möglichkeiten innovative, aber riskante Technologien vorab direkt im Weltraum zu testen, bevor sie auf aufwändigen und teuren Missionen im Weltraum eingesetzt werden.

Erkenntnisse für Alltagsprobleme auf der Erde nutzen

Ergänzt wird diese Liste nach Schillings Worten durch weitere gemeinsame Forschungsinteressen im Bereich der Quantentechnologie, fortgeschrittener verteilter Betriebssysteme, neuartiger Antriebe zur Kollisionsvermeidung und der roboterunterstützten Entfernung von Weltraummüll. Die Erkenntnisse aus der Weltraumtechnologie sollen aber auch dazu beitragen, Alltagsprobleme auf der Erde zu lösen: „Das autonome Fahren im Straßenverkehr bietet hier beispielsweise spannendes Anwendungspotenzial“, so Schilling.

Die Kooperation zwischen ESA und ZfT freut auch Bayerns Ministerpräsident Markus Söder: „Das ESA_Lab@ZfT greift Kernthemen der bayerischen Hightech Agenda auf, um sie in konkrete Anwendungen umzusetzen. Ich gratuliere dem Zentrum für Telematik zu dem tollen Erfolg, hier gemeinsam mit der ESA diese Zukunftsthemen in Bayern umzusetzen“. Die bayerische Staatsregierung glaube an den wirtschaftlichen Erfolg dieser Anwendungen und an die Chancen, die sich dadurch bieten. Deshalb fördert sie ein Sonderprogramm Raumfahrt mit 40 Millionen Euro mit Fokus auf Minisatelliten und Mini-Launchern, so der Ministerpräsident.

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