Autonome Satelliten 11.02.2016, 13:10 Uhr

Schlaue Minisatelliten entscheiden selbst, was sie tun

Weil die Laufzeit von Signalen im All oft sehr lang ist, sollen Satelliten künftig autonom agieren und Entscheidungen treffen können. Außerdem sollen sie drohende Störungen selbst beheben oder zumindest frühzeitig melden. Damit wollen Würzburger Ingenieure teure Schäden oder gar Totalausfälle verhindern.

Ein autonomer Nanosatellit – diese haben eine Grundfläche von 10x10 cm und sind 30 cm hoch – entdeckt einen Meteor und entscheidet dann selbstständig, was er als nächstes tun wird: Daran arbeiten Würzburger Raumfahrtingenieure.

Ein autonomer Nanosatellit – diese haben eine Grundfläche von 10x10 cm und sind 30 cm hoch – entdeckt einen Meteor und entscheidet dann selbstständig, was er als nächstes tun wird: Daran arbeiten Würzburger Raumfahrtingenieure.

Foto: Hakan Kayal

Es dauert manchmal einfach zu lange, bis aus dem Kontrollzentrum auf der Erde die Entscheidung im All eintrifft. Soll der Satellit von dem Sturm über dem Mars Fotos machen oder lieber einen Film drehen? Was ist mit dem Meteoriten? Und den Blitzen, die aus der Erdatmosphäre in Richtung Weltraum zucken?

Wie Beobachtungssatelliten in solchen Fällen entscheiden sollen, wenn Signale von der Erde einfach zu lange unterwegs sind, erforschen derzeit Forscher der Universität Würzburg. Sie entwickeln Systeme, die die Satelliten in die Lage versetzen, zwischen den Entscheidungsmöglichkeiten abzuwägen. Also zwischen Fotoserie und Video zu wählen.

Vision vom autonomen Fliegen und Handeln im Weltall

„Eine solche autonome Zielplanung zu realisieren, ist sehr herausfordernd“, sagt Hakan Kayal, Professor für Raumfahrttechnik.  Autonomes Handeln sei vor allem bei Missionen in den fernen Weltraum nötig. Signale brauchen dann viele Minuten oder gar Stunden, um auf der Erde anzukommen. Die Signale zur Raumsonde New Horizons, die im vergangenen Jahr den Pluto erreicht hat, waren über vier Stunden unterwegs, trotz Lichtgeschwindigkeit.

Und manchmal fällt die Verbindung zwischen Erde und Sonde ganz aus, wie beim Landeroboter Philae. Der war Monate lang auf dem Kometen Tschuri nicht erreichbar.

Animation der Landung von Philae auf dem Kometen Tschuri: Wegen zu geringen Sonnenlichtes konnte Philae seit November 2014 keine Daten zur Erde schicken.

Animation der Landung von Philae auf dem Kometen Tschuri: Wegen zu geringen Sonnenlichtes konnte Philae seit November 2014 keine Daten zur Erde schicken.

Foto: ESA/ATG medialab

Ehe die Wissenschaftler am Boden dann entschieden haben, wie sich ein Satellit weiter verhalten soll, vergeht eine Weile. Dazu kommt noch die Laufzeit des Antwortsignals. In der Regel ist das Phänomen nach so langer Zeit nicht mehr zu beobachten. Deshalb entwickeln die Würzburger Informatiker ein Modul namens ASAP, das bei der Entscheidungsfindung helfen soll.

Reparaturen, ehe die Fehler auftreten

Aber auch in Schadensfällen sollen sich Satelliten künftig besser selbst helfen können. Bisher melden Satelliten den Bodenstationen, dass irgendwas kaputt ist. Ein Gerät ist von der Stromversorgung angeschnitten, die Temperatur an Bord steigt auf einen Wert, der die Systeme zerstören könnte, oder der Antrieb, mit dem sich der Kurs korrigieren lässt, fällt aus. Die Wissenschaftler am Boden erarbeiten dann Strategien, wie die Fehler zu beheben sind, und schicken entsprechende Signale ins All.

Prof. Hakan Kayal mit einem Modell das Nanosatelliten, der voraussichtlich 2019 im Rahmen der SONATE-Mission in den Orbit geschickt werden soll.

Prof. Hakan Kayal mit einem Modell das Nanosatelliten, der voraussichtlich 2019 im Rahmen der SONATE-Mission in den Orbit geschickt werden soll.

Foto: Robert Emmerich/Uni Würzburg

„Wir wollen mit ADIA mögliche Fehler und Funktionsstörungen an Bord von Satelliten autonom vorhersagen, die eigentliche Ursache erkennen und perspektivisch besser behandeln können“, so Informatikprofessor Frank Puppe. Dann ließen sich Schäden und Totalausfälle möglicherweise vermeiden. ADIA steht für Autonomes Diagnosesystem für Satelliten.

Tests an Bord eines Mini-Satelliten

ASAP und ADIA sollen 2019 an Bord eines Satelliten getestet werden, der etwa so groß ist wie zwei Handbälle. Diese Mission namens SONATE finanziert das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Forschungsarbeiten in Würzburg fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 1,3 Millionen Euro, wohl weil es die Chance bietet, wirtschaftliche Schäden zu vermeiden.

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