Nanosatelliten starren in die Unendlichkeit

17.05.2011 07:30 Uhr Brittany Sauser

US-Forscher arbeiten an kleinen billigen Satelliten, die ab 2012 nach interessanten außerirdischen Welten Ausschau halten sollen.

Wissenschaftler des Draper Laboratory [1] haben in Zusammenarbeit mit dem MIT kompakte Satelliten entwickelt, die künftig eine der schwierigsten Aufgaben in der Astronomie wahrnehmen sollen: das Auffinden erdähnlicher Planeten außerhalb unseres Solarsystems, auf denen die Voraussetzungen für Leben gegeben sind. Die sogenannten Nanosatelliten sind nicht größer als ein Brot. Das erste Exemplar, das 2012 ins All aufbrechen soll, hört auf den Namen "ExoPlanetSat" [2]. Das System enthält eine Hochleistungsoptik samt neuartiger Kontroll- und Stabilisierungstechnik.

ExoPlanetSat ist nicht der erste kleinere Satellit seiner Art, doch werden solche Mini-Erdtrabanten normalerweise für einfache Kommunikations- und Beobachtungsmissionen genutzt. "Wir machen hier dagegen etwas völlig Neues", sagt Seamus Tuohy, Direktor für Weltraumsysteme am Draper Laboratory.

ExoPlanetSat soll mit Hilfe spezieller Verfahren nach Planeten suchen. Dabei wird die Verdunkelung eines Sternes gemessen, die ein ihn umkreisender Planet auslösen kann. "Durchgangsbeobachtung" nennt sich diese Technik. Der Lichtdetektor im Satelliten hat dazu zwei Brennebenen-Arrays – eines für die Observation der Sterne und eines für die Durchgangsbeobachtung. Eine genaue Messung der Helligkeitsveränderung erlaubt es außerdem, die Größe eines Planeten zu berechnen. Die Umlaufzeit lässt wiederum auf die Entfernung zwischen Planet und seinem Stern schließen.

Die in ExoPlanetSat verbaute Technik ist schon länger im Einsatz, wurde bislang aber nur in größeren Weltraumforschungseinrichtungen verwendet, etwa im französischen Satelliten CoRot, der im vergangenen Jahr einige interessante neue Planetenentdeckungen ermöglichte. Auch der Kepler-Satellit der NASA, gestartet 2009, arbeitet ähnlich. ExoPlanetSat soll aber keine größeren Weltraumteleskope ersetzen. "Er soll eine Ergänzung sein", sagt Sara Seager, Professorin für Planetenwissenschaften und Physik am MIT. Nanosatelliten sollen sich auf individuelle Bereiche konzentrieren, die größere Teleskope bereits vorselektiert haben. Während Kepler gleichzeitig 150.000 Sterne untersuchen kann ("Sweep"), kümmert sich ExoPlanetSat um einen einzigen.

Zur genauen Helligkeitsmessung müssen die Ingenieure allerdings zunächst dafür sorgen, dass der Satellit stabil bleibt – eintreffende Photonen müssen stets im gleichen Bildpunktbereich auftreffen, erläutert Seager, die selbst auch beim Kepler-Projekt mithilft. "Jede Störung, die den Satelliten in seiner Position verändert, sorgt für verschwommene Bilder und nicht verwendbare Messwerte", sagt sie.

Zur präzisen Kontrolle und Stabilisierung des kleinen Objektes haben die Draper- und MIT-Forscher eine eigene Bordelektronik entwickelt, Sogenannte Reaction Wheels dienen der Höhensteuerung. Batteriegetriebene piezoelektrische Motoren kontrollieren die Bewegungen des Bilddetektors, der vom Rest des Satelliten entkoppelt ist und gänzlich unabhängig arbeitet. (Die Batterien werden von Solarzellen geladen.) "Die Motoren bewegen den Detektor so präzise zur Bewegung des Satelliten, dass sie durch den Menschen gar nicht wahrgenommen werden können", sagt Seager. "Das ist eine Größenordnung besser als alle bislang vorgeführten kleinen Satelliten."

ExoPlanetSat hat ein Volumen von nur drei Litern: Der Satellit ist zehn Zentimeter hoch, zehn Zentimeter breit und 30 Zentimeter lang. "Es war eine große Ingenieursleistung, all die Hardware in dieses kleine Paket zu stopfen – inklusive der notwendigen Rechenkapazität und Speichertechnik", sagt Tuohy.

Jeder Nanosatellit soll später einmal minimal 600.000 Dollar Kosten – ExoPlanetSat wird mit 6 Millionen Dollar etwas teurer. Ein bis zwei Jahre soll ein solches System im All bleiben. Auf längere Sicht hoffen Seager, Tuohy und ihre Kollegen auf eine ganze Flotte der kleinen Satelliten, ausgerichtet auf möglichst erdnahe, helle Sterne. (bsc [3])

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[1] http://www.draper.com/
[2] http://mit150.mit.edu/open-house/activity/talaris-and-exoplanet-sat-how-do-draper-and-mit-engineers-get-spacecraft-hop-or-
[3] mailto:bsc@heise.de