Neue Satellitentechnik als Ziel

Das Wetter beobachten, Bilder für Landkarten liefern, Umweltzerstörungen wie das Abholzen der Regenwälder dokumentieren: Satelliten versorgen die Menschheit mit vielen nützlichen Informationen. Bislang ist ihr Betrieb in der Regel mit einem hohen Personalaufwand verbunden:

„Die meisten Erdbeobachtungssatelliten werden täglich von den Bodenstationen aus kommandiert“, sagt Hakan Kayal, Professor für Raumfahrttechnik an der Uni Würzburg. Oft seien mehrere Personen damit beschäftigt, einem Satelliten zu übermitteln, welche Instrumente an Bord an welchem Tag zu welcher Uhrzeit welches Gebiet aufnehmen sollen. Dieser Aufwand verursache den Großteil der Betriebskosten einer Satellitenmission.

Hat ein Satellit seine Arbeitsbefehle erst einmal erhalten, lassen sich diese nicht mehr kurzfristig ändern. Denn die Planung und Vorbereitung der Kommandos nimmt einige Tage in Anspruch. „Wenn Vulkane ausbrechen oder ein Tornado entsteht, wenn Meteore in die Atmosphäre eintreten, wenn sich in der oberen Atmosphäre Blitze bilden, die Richtung Weltraum gehen, oder bei anderen unvorhersehbaren kurzlebigen Phänomenen hat man keine Chance, davon Bilder aufzunehmen“, erklärt Kayal.

Könnte man das nicht mit Satelliten erreichen, deren Kameras ständig Aufnahmen machen? Im Prinzip ja, in der Praxis nein: „Die dabei anfallenden Datenmassen an Bord zu speichern oder sie beständig auf die Erde zu übertragen, dafür reichen die Kapazitäten der Satellitensysteme bei sehr hohen Datenmengen, wie sie bei Videoaufnahmen entstehen, nicht aus“, sagt der Würzburger Professor.

Auf dem Weg zur autonomen Missionsplanung

Kayal und sein Team gehen darum einen neuen Weg: Sie wollen ein autonomes Missionsplanungssystem entwickeln, das selbstständig kurzlebige Phänomene entdeckt. Dabei werden kontinuierlich Bilder aufgenommen, aber eben nicht gespeichert oder auf die Erde geschickt, sondern gleich an Bord verarbeitet.

Wenn das System auf den Bildern etwas Interessantes registriert, richtet es den Satelliten so aus, dass die Bordkamera das Ereignis möglichst lange im Blick behält. Sie schießt dann eine kleine Bildersequenz, speichert sie und überträgt sie später zur Bodenstation. Diese Sequenz wird beim nächsten Erdumlauf an der richtigen Stelle wiederholt. Damit lassen sich die Datenmengen reduzieren, die an Bord gespeichert und zur Bodenstation übertragen werden müssen.

Nanosatelliten bauen und im Weltraum testen

„Die An-Bord-Verarbeitung der Daten in Echtzeit ist die Schlüsselfunktion, auf die es bei dem Projekt ankommt“, erklärt Kayal. Eine der Herausforderungen dabei sei es, diese Funktionalität an Bord eines kleinen und kostengünstigen Satelliten unterzubringen: Die Forscher planen es für einen so genannten Nanosatelliten, zehn bis zwanzig Kilogramm schwer und etwa so groß wie ein Getränkekasten.

Am Ende soll das neue System im Weltraum unter realen Bedingungen getestet werden. Der dafür nötige Nanosatellit soll an der Universität Würzburg gebaut werden; erste Vorbereitungen dafür laufen bereits. Von dem Forschungsprojekt profitieren auch die Studierenden: Sie werden in Form von Lehrveranstaltungen oder als studentische Hilfskräfte einbezogen und können Bachelor- oder Masterarbeiten zu diesem Thema machen.

Finanzielle Förderung vom DLR

Das Vorhaben ASAP („Autonomer Sensor und Autonomes Planungssystem“) von Professor Kayal wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) finanziell gefördert. Von den Mitteln werden zwei Jahre lang zwei wissenschaftlicher Mitarbeiter und vier studentische Hilfskräfte beschäftigt.

Kontakt

Prof. Dr. Hakan Kayal, Professor für Spacecraft Control and System Design, Institut für Informatik der Universität Würzburg, T (0931) 31-86649, kayal@informatik.uni-wuerzburg.de