Experiment Avanti 08.11.2016, 07:29 Uhr

Aufräumarbeiten im All: So können Satelliten autonom eingefangen werden

Das Einfangen und Entsorgen von inaktiven Satelliten und anderem Weltraumschrott wird zunehmend wichtiger in der Raumfahrt. Je selbstständiger solche Aufräumarbeiten geschehen, desto besser. Das DLR startet zurzeit ein Experiment, in dem der Satellit Biros den kleinen Beesat erkennen und autonom an ihn heranfliegen soll.

Biros fängt Beesat: Das Experiment Avanti soll zeigen, wie ein Satellit einen Flugkörper im All erkennen und autonom daran heranfliegen kann. Künftig könnten so alte und inaktive Satelliten sowie Weltraumschrott im Weltall eingefangen und auf eine sichere Umlaufbahn gebracht werden.

Biros fängt Beesat: Das Experiment Avanti soll zeigen, wie ein Satellit einen Flugkörper im All erkennen und autonom daran heranfliegen kann. Künftig könnten so alte und inaktive Satelliten sowie Weltraumschrott im Weltall eingefangen und auf eine sichere Umlaufbahn gebracht werden.

Foto: DLR

In der Raumfahrt nennt man sie „nicht-kooperative Flugkörper im All“. Gemeint ist alle Art von Weltraummüll – von echten Schrottteilen aus Kollisionen bis hin zu ausgedienten und nicht mehr aktiven Satelliten. Wie der umherfliegende Müll rechtzeitig entdeckt und unschädlich gemacht werden kann, etwa indem er auf eine ungefährliche Umlaufbahn gebracht wird, darüber macht sich die globale Raumfahrtgemeinde schon lange Gedanken. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR startet jetzt ein einzigartiges Experiment, in dem ein Satellit einen Flugkörper im All erkennen und autonom an ihn heranfliegen soll.

Kleinsatellit Biros soll den Minisatelliten Beesat-4 anfliegen

Avanti (Autonome Visuelle Anflug-Navigation und Target Identifikation) heißt der Satellitenfänger-Versuch, der vom German Space Operation Center (GSOC) in Oberpfaffenhofen aus gesteuert wird. Als „Fänger“ dient der Kleinsatellit Biros, der im Juni 2016 in einem Massenstart, gemeinsam mit 19 weiteren Satelliten, von Indien aus ins All gebracht worden war. Die Hauptaufgabe von Biros, der in 515 km Höhe die Erde umkreist, ist das Aufspüren von sogenannten Hochtemperaturereignissen wie Waldbrände, vulkanische Aktivität, Gasfackeln oder Industrie-Hotspots.

Einbau von Beesat in Biros: Am 9. September 2016 setzte der Feuerdetektionssatellit Biros dann den Picosatelliten Beesat-4 in 515 km über der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen im All aus. Jetzt wurden die beiden Satelliten für das Experiment Avanti genutzt.

Einbau von Beesat in Biros: Am 9. September 2016 setzte der Feuerdetektionssatellit Biros dann den Picosatelliten Beesat-4 in 515 km über der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen im All aus. Jetzt wurden die beiden Satelliten für das Experiment Avanti genutzt.

Foto: DLR

Im September setzte Biros, der selbst etwa so groß wie ein Kühlschrank ist, den Picosatelliten Beesat-4 über der norwegischen Inselgruppe Spitzbergen im All aus. Beesat-4 ist ein Würfel mit nur 10 cm Kantenlänge und wurde von Studenten der Technischen Universität Berlin für Ausbildungs- und experimentelle Zwecke gebaut. Mit ihm sollen zum Beispiel die Voraussetzungen für Formationsflüge von zahlreichen kleinen Satelliten getestet werden. In dem jetzt gestarteten Experiment Avanti ist Beesat-4 in der Rolle eines inaktiven Satelliten, der von Biros eingefangen wird.

Aus den Kameraaufnahmen wird die relative Position berechnet

Wenn alles klappt, wird Avanti vollkommen autonom eine optimierte Flugroute für Biros berechnen, damit dieser das anvisierte Objekt anfliegen kann. „Mit Avanti versuchen wir zu beweisen, dass es möglich ist, sich auf sicherem Weg passiven oder nicht-kooperativen Objekten anzunähern, die in einer größeren bis mittleren Entfernung treiben. Für dieses Experiment sind die beiden Satelliten Biros und Beesat-4 perfekt geeignet. Avanti benötigt für die Relativnavigation nur ein einfaches Sensorsystem, weshalb wir die Sternkamera, die sich bereits auf Biros befindet, als monokulare Kamera nutzen können“, erklärt Gabriella Gaias, Projektleiterin am GSOC. „Eine besondere Herausforderung ist dabei, dass sich Biros auf einem niedrigen Erdorbit befindet. Dadurch befinden sich beide Satelliten in regelmäßigen Abständen in Schattenphasen, wodurch Beesat-4 für die Kamera nicht mehr sichtbar ist.“

Der Kleinsatellit Biros hat etwa die Größe eines Kühlschranks und wiegt rund 130 kg. 

Der Kleinsatellit Biros hat etwa die Größe eines Kühlschranks und wiegt rund 130 kg. 

Foto: DLR

Für die Systeme an Bord des Fängersatelliten nutzen die Wissenschaftler des DLR verbesserte Algorithmen für die Steuerung, Navigation sowie die Kontrolle des Fängers.  Nacheinander führt Avanti dann eine Reihe von Messungen durch. Zunächst nimmt die Sternkamera Ausschnitte des vermuteten  Zielgebietes auf. Ein Bildverarbeitungsprogramm analysiert die Aufnahmen, identifiziert darauf den Flugkörper und misst die Peilung zum Objekt. Im Anschluss wird der Algorithmus für die relative Echtzeit-Navigation mit Informationen aus den Peilungs-Messungen und den Daten der kalibrierten Flugmanöver gefüttert. Daraus lässt sich die relative Position und Geschwindigkeit von Beesat-4 berechnen, was wiederum genutzt wird, um eine sichere und effiziente Flugroute zum Erreichen von Beesat-4 programmieren zu können.

Beesat-4 wird übrigens nicht als Weltraumschrott enden. Nach dem Ende der Mission wird er in der Atmosphäre verglühen.

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