7. Dezember 2016
Katz und Maus Spiel im All

BI­ROS de­mons­triert au­to­no­mes Ren­dez­vous im All nur mit Hil­fe von Bild­da­ten

Auf­nah­me des Pi­co­sa­tel­li­ten, der ei­ne Kan­ten­län­ge von zehn Zen­ti­me­tern be­sitzt, in ei­nem Ab­stand von 67 Me­tern
Bild 1/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Aufnahme des Picosatelliten, der eine Kantenlänge von zehn Zentimetern besitzt, in einem Abstand von 67 Metern

Das Bild zeigt den Pi­co­sa­tel­li­ten in ei­nem Ab­stand von 67 Me­tern. Der Pi­co­sa­tel­lit er­scheint sehr hell, weil er das Son­nen­licht re­flek­tiert. Deut­lich zu er­ken­nen ist hier­bei der Sa­tel­lit mit sei­nen bei­den An­ten­nen. Wäh­rend BI­ROS et­wa so groß wie ei­ne Wasch­ma­schi­ne und rund 130 Ki­lo­gramm schwer ist, be­sitzt der Pi­co­sa­tel­lit le­dig­lich ei­ne Kan­ten­län­ge von zehn Zen­ti­me­tern.
Ab­stand bei­der Sa­tel­li­ten als gra­fi­sche Dar­stel­lung
Bild 2/2, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Abstand beider Satelliten als grafische Darstellung

Die Kur­ve zeigt den Ab­stand bei­der Sa­tel­li­ten im zeit­li­chen Ver­lauf des Ex­pe­ri­ments. Da­bei stellt die ro­te Mar­kie­rung Zeit und Ab­stand dar, in der Bil­der vom Pi­co­sa­tel­li­ten auf­ge­nom­men wer­den konn­ten.

Zum ersten Mal in der Raumfahrtgeschichte haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einem Weltraumexperiment gezeigt, wie sich ein Satellit einem Fremdsatelliten völlig autonom, allein auf Basis passiver optischer Beobachtungen annähern kann. Diese hochanspruchsvolle Technologie wurde im Rahmen des Experiments AVANTI(Autonome Visuelle Anflug-Navigation und Target Identifikation) auf dem Erdbeobachtungssatelliten BIROS (Bi-Spektral Infrared Optical System) demonstriert, bei dem der Satellit bis auf etwa 50 Meter an sein Zielobjekt heranfliegen konnte.

Als Zielsatellit des Experiments diente der im September von BIROS im All ausgesetzte Picosatellit BEESAT-4. "Erstmalig konnte gezeigt werden, wie ein Satellit einen Flugkörper autonom erkennen und anfliegen kann ohne Nutzung von GPS-Daten des Zielsatelliten und ohne dass Kommandos aus dem Kontrollzentrum benötigt wurden", bestätigt Thomas Terzibaschian vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme den Erfolg des Experiments. Dafür wurde auf BIROS ein Startmechanismus eingebaut, über dessen Feder der Picosatellit mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Meter pro Sekunde aus BIROS herausgeschoben wurde. Darüber hinaus statteten die DLR-Wissenschaftler und Ingenieure den Kleinsatelliten BIROS mit einem eigenen Antrieb aus, der den waschmaschinengroßen und knapp 130 Kilogramm schweren Satelliten schnell drehen kann. Im Laufe des AVANTI-Experiments erlernte BIROS, seine Bahn gezielt zu verändern und mit seiner Sternkamera den Picosatelliten zu suchen sowie "im Auge" zu behalten. Anders als bei herkömmlichen Bahnmanövern bekam der Satellit keine Befehle vom Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen, sondern direkt über die an Bord integrierten Programme des AVANTI-Experiments. Diese Fähigkeit eines Satelliten könnte in Zukunft sehr wichtig werden, denn sie bietet die Möglichkeit, alte und inaktive Satelliten sowie Weltraumschrott im Weltall zu erkennen und später einzufangen.

Annährung bis auf etwa 50 Meter

"Mit dem AVANTI-Experiment konnten wir nun erstmals beweisen, dass lediglich eine passive Kamera ausreicht, um eine autonome Annäherung eines Satelliten an ein nicht kooperierendes Objekt zu ermöglichen", sagt Gabriella Gaias vom DLR-Institut für Raumflugbetrieb und Astronautentraining. Aus den Bilddaten wurde der Zielsatellit identifiziert und seine Bahn vermessen. Somit war es möglich, die Schubmanöver für eine Annäherung zu berechnen und auszuführen. All diese Schritte erfolgten vollständig autonom an Bord des BIROS. Während des Experiments näherte sich BIROS bis auf 50 Meter an den anvisierten Satelliten an, der lediglich eine Kantenlänge von zehn Zentimetern besitzt. "Aus Sicherheitsgründen mussten wir diesen Abstand als minimale Grenze angeben, da es auf dem Satelliten keine zusätzliche und redundante Sensorik für die genaue Messung der relativen Position gibt und eine typische Ungenauigkeit des Kontrollsystems angenommen werden musste", ergänzt Gaias weiter.

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