Schlaue Nanosatelliten: aus dem Hörsaal ins All

  • 27. March 2012

Satelliten zur Beobachtung der Erde autonomer und kostengünstiger machen: Darauf zielt ein neues Projekt an der Universität Würzburg ab.

Das Wetter beobachten, Bilder für Landkarten liefern, Umweltzerstörungen wie das Abholzen der Regenwälder dokumentieren: Satelliten versorgen die Menschheit mit vielen nützlichen Informationen. Bislang ist ihr Betrieb in der Regel mit einem hohen Personalaufwand verbunden: „Die meisten Erdbeobachtungssatelliten werden täglich von den Bodenstationen aus kommandiert“, sagt Hakan Kayal, Professor für Raumfahrttechnik an der Uni Würzburg. Oft seien mehrere Personen damit beschäftigt, einem Satelliten zu übermitteln, welche Instrumente an Bord an welchem Tag zu welcher Uhrzeit welches Gebiet aufnehmen sollen. Dieser Aufwand verursache den Großteil der Betriebskosten einer Satellitenmission.

In der oberen Erdatmosphäre können Blitze entstehen, die in den Weltraum gehen (gelber Kegel). Solche und andere unvorhersehbare Ereignisse soll ein neues Satellitensystem künftig autonom erfassen und fotografieren

Abb.: In der oberen Erdatmosphäre können Blitze entstehen, die in den Weltraum gehen (gelber Kegel). Solche und andere unvorhersehbare Ereignisse soll ein neues Satellitensystem künftig autonom erfassen und fotografieren. (Bild: H. Kayal, U. Würzburg)

Hat ein Satellit seine Arbeitsbefehle erst einmal erhalten, lassen sich diese nicht mehr kurzfristig ändern. Denn die Planung und Vorbereitung der Kommandos nimmt einige Tage in Anspruch. „Wenn Vulkane ausbrechen oder ein Tornado entsteht, wenn Meteore in die Atmosphäre eintreten, wenn sich in der oberen Atmosphäre Blitze bilden, die Richtung Weltraum gehen, oder bei anderen unvorhersehbaren kurzlebigen Phänomenen hat man keine Chance, davon Bilder aufzunehmen“, erklärt Kayal.

Könnte man das nicht mit Satelliten erreichen, deren Kameras ständig Aufnahmen machen? Im Prinzip ja, in der Praxis nein: „Die dabei anfallenden Datenmassen an Bord zu speichern oder sie beständig auf die Erde zu übertragen, dafür reichen die Kapazitäten der Satellitensysteme bei sehr hohen Datenmengen, wie sie bei Videoaufnahmen entstehen, nicht aus“, sagt der Würzburger Professor.

Kayal und sein Team gehen darum einen neuen Weg: Sie wollen ein autonomes Missionsplanungssystem entwickeln, das selbstständig kurzlebige Phänomene entdeckt. Dabei werden kontinuierlich Bilder aufgenommen, aber eben nicht gespeichert oder auf die Erde geschickt, sondern gleich an Bord verarbeitet.

Wenn das System auf den Bildern etwas Interessantes registriert, richtet es den Satelliten so aus, dass die Bordkamera das Ereignis möglichst lange im Blick behält. Sie schießt dann eine kleine Bildersequenz, speichert sie und überträgt sie später zur Bodenstation. Diese Sequenz wird beim nächsten Erdumlauf an der richtigen Stelle wiederholt. Damit lassen sich die Datenmengen reduzieren, die an Bord gespeichert und zur Bodenstation übertragen werden müssen.

Allgemeines Konzept des ASAP-Systems, das Satellitentechniker der Universität Würzburg realisieren wollen

Abb.: Allgemeines Konzept des ASAP-Systems, das Satellitentechniker der Universität Würzburg realisieren wollen. OBDH, das On Board Data Handling, bezeichnet den Bordcomputer. (Bild: H. Kayal, U. Würzburg)

„Die An-Bord-Verarbeitung der Daten in Echtzeit ist die Schlüsselfunktion, auf die es bei dem Projekt ankommt“, erklärt Kayal. Eine der Herausforderungen dabei sei es, diese Funktionalität an Bord eines kleinen und kostengünstigen Satelliten unterzubringen: Die Forscher planen es für einen so genannten Nanosatelliten, zehn bis zwanzig Kilogramm schwer und etwa so groß wie ein Getränkekasten.

Am Ende soll das neue System im Weltraum unter realen Bedingungen getestet werden. Der dafür nötige Nanosatellit soll an der Universität Würzburg entstehen; erste Vorbereitungen dafür laufen bereits. Von dem Forschungsprojekt profitieren auch die Studierenden: Sie werden in Form von Lehrveranstaltungen oder als studentische Hilfskräfte einbezogen und können Bachelor- oder Masterarbeiten zu diesem Thema machen.

JMU / OD

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