Mit KI bewegen sich Satelliten im Weltraum künftig autonom
Der Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Raumfahrt bedeutet ein neues Kapitel: Kleine Raumfahrzeuge manövrieren künftig selbstständig, halten ihre Formation und ersetzen teure Großsatelliten. Auf diese Art und Weise werden Missionen einfacher und günstiger.
Diese Visualisierung zeigt, wie präzise die zwei Satelliten ihre Formation dank KI halten. Foto und Illustration ESA / P. Carril
Satelliten oder Menschen in den Weltraum zu schicken, bedeutet nicht nur neue Erkenntnisse zu gewinnen, sondern ist auch mit viel Aufwand, großen Kosten und Risiken verbunden. Forschende der Technischen Universität von Dänemark (DTU) haben sich deshalb mit dem Einsatz von KI beschäftigt. Und das mit Erfolg.
Ihre Idee: KI‑Methoden mit hochauflösenden Digitalkameras zu kombinieren, die geringste Veränderungen im Bild erkennen. Aus mehreren Kilometern Distanz können die Systeme so das Partnerschiff identifizieren. Auch eine genaue Berechnung von Kurs und Abstand bis auf wenige Meter wird dank dieser Technik möglich. Satelliten lassen sich dann im Nahbereich mit Submillimeter‑Genauigkeit manövrieren. KI macht damit Weltraummissionen einfacher und günstiger.
Satelliten finden sich im Weltraum autonom gegenseitig: ein Durchbruch
Die Forschenden gelangten zu den Ergebnissen dank der Proba-3-Weltraummission. Sie war am 5. Dezember 2024 im Satish Dhawan Space Center im indischen Sriharikota gestartet. Eigentlich war sie als einjähriges Projekt geplant, wurde inzwischen bereits um mindestens zwei Jahre verlängert.
Im Rahmen der Mission setzten die Forschenden auf KI-gestützte Auswertung von Kamerabildern und spezielle Navigationssysteme. Das Ergebnis: Zwei Proba‑3‑Satelliten konnten sich ohne ständige Funkbefehle vom Boden orientieren und zueinander fliegen. Notwendige Korrekturen können dabei direkt an Bord erfolgen.
Sternförmige Marker als Orientierungshilfe
„Das System hat alle Erwartungen in Bezug auf Navigation und Formationsflug übertroffen und funktioniert Tausende von Kilometer von der Erde entfernt wie zwei Satelliten, die als einer agieren. Das Filmmaterial liefert die erste vollständige Dokumentation der Technologie im Weltraum – eine echte Revolution für zukünftige Missionen“, bilanziert John Leif Jorgensen, Professor für Mess- und Instrumentierungssysteme sowie Leiter der Abteilung für Messtechnik und Instrumentierung im Fachbereich Weltraumforschung und -technologie an der DTU.
Jeder Proba‑3‑Satellit trägt auf seiner Außenseite ein auffälliges, sternförmiges Muster, das speziell für die Navigationskameras entwickelt wurde. Diese Muster fungieren als visuelle Ankerpunkte: Die Sensoren lesen Richtung und Entfernung aus und liefern der KI exakte Daten für Kurskorrekturen. So können sich die Raumfahrzeuge millimetergenau einpendeln.
Ziel der Mission: Die Korona untersuchen mithilfe von KI
Proba-3 dient dazu, die äußere Atmosphäre der Sonne – die Korona – zu erforschen. Genau dort entstehen die bekannten Sonnenstürme. Diese Ausbrüche können Satelliten, Navigationssysteme und in seltenen Fällen sogar Stromnetze stören.
Um die Korona sichtbar zu machen, blockiert ein Satellit das grelle Sonnenlicht, während der andere das schwache Leuchten am Rand registriert. Für diese Aufgabe, sind also zwei Satelliten erforderlich, die sich im Weltraum bewegen.
Satelliten im Formationsflug: wirken wie ein Spiegel
Fliegen mehrere kleinere Satelliten in exakt abgestimmter Formation über Hunderte von Metern, wirken sie im Prinzip wie ein großer Spiegel. So lässt sich das Licht entfernter Sterne und Galaxien schärfer fokussieren als mit klassischen Weltraumteleskopen ähnlicher Größe.
Autonome Tests im Weltraum
Nach der ersten wissenschaftlichen Beobachtung der Sonnenkorona erhielten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der DTU für eine Woche die Kontrolle über die Raumfahrzeuge. In dieser Phase erprobten sie intensiv das Navigationssystem: Die Satelliten fanden sich eigenständig, passten ihre Bahnen an und richteten sich so präzise aus, als würde ein Laser aus drei Kilometern Entfernung die Mitte einer Münze treffen.
Die Daten und Bilder belegen, dass die Navigationsinstrumente des DTU‑Teams sogar besser funktionieren als erwartet. Formationsflug und Navigation laufen tausende Kilometer von der Erde entfernt so synchron, als wären es zwei Teile eines einzigen Satelliten. Ein Durchbruch für die Forschenden.
Neue Satelliten: Klein, günstig und dank KI vielseitig einsetzbar
„Eine Gruppe kleinerer, weitaus kostengünstigerer Satelliten kann somit Aufgaben übernehmen, für die heute massive und teure Raumfahrzeuge erforderlich sind“, resümiert Jörgensen. Genau hier zeigt sich erneut, wie KI Weltraummissionen einfacher und günstiger macht. Darüber hinaus eröffnen sich dadurch auch neue Möglichkeiten, andere Sonnensysteme im Detail zu erforschen.
Die vollständige Dokumentation des Systems im All gilt als echte Revolution für kommende Weltraumprojekte. Künftige Missionen können aufzeigen, wie weitere Gruppen autonomer Satelliten sich noch komplexer organisieren und gemeinsam messen.
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