Aldi fürs All

Es war nur eine vergleichsweise kleine Fachkonferenz im Rahmen der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung (ILA) in Berlin, die da in Halle 5 über die Bühne ging. Während sich das Publikumsinteresse an die Heckflossen des „Super-Airbus“ A380 heftete, trafen sich führende Experten aus Wissenschaft und Wirtschaft, die mit deutlich weniger Budget noch viel höher hinaus wollen. Mit Satelliten im Kleinformat, die von der Dimension her eher an Ernö Rubiks legendären Zauberwürfel erinnern als an Uhrahn Sputnik.

Pate steht dabei neben den kurzen Entwicklungszeiten vor allem der kostengünstige Zugang ins All. Die Projektkosten von Kleinsatelliten liegen im Vergleich zu „großen“ Missionen in der Tat auf Aldi-Niveau, Experten halten sogar ein Unterschreiten der 100.000-Euro-Schallmauer für möglich. Und das macht Kleinsatelliten unter zehn Kilogramm erstmals auch für Staaten, Organisationen und Unternehmen interessant, die bisher keinen Gedanken an Weltraumforschung verschwendet haben. Die Unternehmensberater von Frost & Sullivan haben den weltweiten Kleinsatellitenmarkt für das Jahr 2007 allein im Bereich Fernerkundung mit beachtlichen 770 Millionen US-Dollar beziffert.

Grund genug also für einen Schulterschluss im Rahmen der ILA. „Unsere Zielsetzung ist es, ein regionales Innovationsnetzwerk zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu etablieren“, beschreibt Lars Holstein die Grundintention der Raumfahrtinitiative BerlinBrandenburg „Kleinsatelliten“, kurz RIBB. Als zuständiger Projektleiter im Forschungs- und Anwendungsverbund Verkehrssystemtechnik (FAV) will Holstein Kleinsatelliten auch außerhalb des wissenschaftlichen Elfenbeinturms zu einer Erfolgsstory und vor allem zu einem Beschäftigungsmotor für die Region Berlin-Brandenburg machen. Konkret sollen fünf Forschungseinrichtungen – von der TU Berlin bis zum Fraunhofer Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik (FIRST) – sowie fünf Unternehmen aus der Hauptstadtregion die Kompetenz Berlins in Sachen Kleinsatelliten bündeln.

Holstein hat auch schon eine ziemlich präzise Vorstellung von den attraktiven Anwendungen, die Mikrosatelliten (10 bis 100 kg), vor allem aber Nano- (1 bis 10 kg) und Picosatelliten (0,1 bis 1 kg) vom Ruf reiner Studenten-Sats reinwaschen sollen. „Ein Inspektorsatellit, der mit einer Kamera Schäden an der Internationalen Raumstation ISS beobachten kann“, wäre beispielsweise vorstellbar. Oder winzige Satelliten mit GPS-Empfänger, die Vegetationsbrände via Infrarot aufspüren und bevorstehende Erdbeben sowie Tsunamis aus Veränderungen der Ionosphäre vorhersagen könnten.

Zu den RIBB-Unternehmen, die sich bereits in der ersten Reihe aufgestellt haben, gehört die Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH, die sich mit 40 Mitarbeitern auf die Herstellung von Komponenten und Subsystemen für wissenschaftliche Satellitennutzlasten spezialisiert hat. „Die Kleinsatelliten sind heute längst aus den Hochschulen herausgewachsen“, findet „Astrofein“-Geschäftsführer Michael Scheiding, und tüftelt gemeinsam mit der TU Berlin an winzigen Reaktionsrädern für Picosatelliten. Derartige Reaktionsräder sorgen für die Lagestabilisierung von Satelliten entlang der drei Achsen über das Prinzip der Drehimpulserhaltung.

Am Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin wird in der Zwischenzeit auch schon am ersten Picosatelliten-Projekt „BeeSat“ (Berlin Experimental and Educational Satellite) gearbeitet. Mit einer Kantenlänge von zehn Zentimetern und einer Masse von einem Kilogramm ist BeeSat, der 2007 starten soll, der bisher kleinste in einer Reihe von acht Kleinsatelliten, die bis dato am Institut entwickelt wurden. Projektleiter Hakan Kayal sieht das Hauptziel der BeeSat-Mission in der In-Orbit-Verifikation der erwähnten Reaktionsräder für Picosatelliten made by Astrofein. Damit sollen sich in Zukunft anspruchsvolle Anwendungen realisieren lassen, die eine präzise Ausrichtung des Satelliten erfordern.

Das Gesamtsystem aus drei Micro Wheels wird trotz seiner Kompaktheit - die Räder können es mit einem Durchmesser von nur 20 Millimetern durchaus mit Euro-Münzen aufnehmen - mit rund 150 Gramm auch vom Gewicht her eine Schlüsselkomponente von BeeSat darstellen. Den innovativen Aktuatoren sollen weiters drei Drehungssensoren, sechs Sonnensensoren sowie ein Dreiachsen-Magnetometer zur Messung des Erdmagnetfeldes zur Seite gestellt werden. Letztere Komponenten wurden übrigens bereits am 5. April 2006 mit einer Rakete in 100 Kilometer Höhe gebracht und erfolgreich getestet, sämtliche Messdaten wurden während des Fluges gespeichert und per Funk an die Bodenstation gesendet. Kompaktheit auch in Sachen Bordcomputer: Hier soll ein mit 60 Megahertz getakteter Mikrocontroller auf Basis der ARM7-Produktfamilie zum Einsatz kommen, der CPU, Programm- (8 MB Flash + 1 MB Flash für die Telemetrie) und Arbeitsspeicher (2 MB SRAM) auf einem Chip vereint. Dass der ARM7 bereits seit 1993 seinen Dienst tut, fügt sich gut in die - sofern möglich - auf bewährte Komponenten setzende Niedrigkosten-Strategie.

Der „achte Zwerg“ der TU ist alles andere als ein geborener Single. Kayal: „Picosatelliten machen erst dann richtig Sinn, wenn sie in Schwärmen arbeiten. Dann können sie nämlich Lücken füllen, die sonst mit größeren Satelliten teurer zu realisieren wären.“ Erdbeobachtung, Kommunikation oder Astronomie wären potentielle neue Anwendungen dieses Schwarm-Konzepts.

Ein Kleinsatelliten-Schwarm im Dienste der Astronomie ist derzeit auch in Österreich ein großes Thema. Mit TUG SAT-1 – der Name ergibt sich aus der Federführung der TU in Graz – wird bei den Nachbarn ein würfelförmiger Nanosatellit mit 20 Zentimetern Kantenlänge und rund fünf Kilogramm Masse entwickelt, und zwar in Kooperation mit der Universität von Toronto. Im Rahmen der Mission BRITE („Bright Target Explorer“) wollen Astronomen der Universität Wien gemeinsam mit kanadischen Kollegen die Struktur der hellsten und massereichsten Sterne mit Hilfe einer präzisen CMOS-Sternenkamera ins Visier nehmen und so einen Beitrag zum Verständnis der Entstehung des Universums leisten.

Das ehrgeizige wissenschaftliche Missionsziel determiniert auch die beiden Spezifika des Projekts: hochpräzise Lagekontrolle und binationale Schwarm-Bildung. Damit der Austro-Nanosatellit samt Sternen-Cam seine Bilder nicht verwackelt, soll eine im Nanosatelliten-Bereich bisher unerreichte Genauigkeit der Dreiachsenstabilisierung von nur einer Bogenminute realisiert werden. Projektleiter Otto Koudelka von der TU Graz: „Bei der Mission wird auf einem derart kleinen Satelliten erstmalig Dreiachsenstabilisierung durchgeführt.“ Die laut Koudelka derzeit kleinsten verfügbaren Reaktionsräder werden vom kanadischen Spezialunternehmen Dynacon zugekauft und sollen „eine signifikante Verbesserung gegenüber allem“ darstellen, was „je auf einem Nanosatelliten geflogen ist“, wie auch ein kanadisches Missionspapier betont.

Die zweite Besonderheit der BRITE-Mission liegt in ihrem binationalen Charakter begründet, der ebenfalls ursächlich mit dem Missionsziel verbunden ist. Um im Rahmen der Sternenbeobachtung zwei Spektralbereiche abdecken zu können, sind auch zwei Farbfilter – rot und blau – notwendig. „Ein Farbfilterwechsel wäre aber von der Mechanik her nicht möglich und auch zu risikoreich“, sagt Koudelka. Ein Satelliten-Paar mit einem fixen roten respektive blauen Filter soll dieses Problem elegant lösen. Otto Koudelka will daher gemeinsam mit einem weiteren österreichischen (Mission UNIBRITE der Universität Wien) und im Idealfall bis zu zwei kanadischen Nanosatelliten einen Beobachtungsschwarm vulgo „BRITE Constellation“ bilden und so auch räumliche und zeitliche Beobachtungsfenster deutlich besser abdecken, als das mit einem Einzelsatelliten möglich wäre. Während die Finanzierung für die beiden österreichischen Satelliten bereits gesichert ist – das Budget für TUG SAT-1 beträgt rund eine halbe Million Euro, der Start ist für 2008 geplant – wollen die Kanadier ihre Finanzierung bis Juni 2006 auf die Beine stellen.

Sollte es wider Erwarten finanziell doch noch eng werden, bleibt am Ende vielleicht ein eher unorthodoxer Ausweg, den die Besatzung der Raumstation ISS im Februar 2006 mit der Mission SuitSat beschritten hat: Als „Satellit“ kam nämlich ein alter russischer Raumanzug, aufgepeppt nur mit zusätzlichen Batterien, einem Sender und Sensoren zum Einsatz. Und bei so viel Recycling sieht eben sogar Aldi alt aus. (wst)