Schwarmintelligenz im Orbit

Eines der spannenden Projekte hat die EU gerade genehmigt: Eine russische Trägerrakete wird 50 jeweils rund zwei Kilogramm schwere Pico-Satelliten in die obere Atmosphäre entlassen. Etwa 14 Tage lang werden die kleinen Würfel dann in einer Höhe von 300 bis 600 Kilometern um die Erde kreisen und diese bisher wenig erforschte Schicht mit Messungen erkunden, bevor sie – in dichtere Schichten abgesunken – unspektakulär verglühen.

Die Satelliten stammen aus Labors, die über ganz Europa verteilt sind. Einen der 50 werden Studierende und Dozenten der Universität Würzburg bauen. Am Lehrstuhl für Informatik VII ist die Erfahrung in diesem Bereich groß: Schon zwei Kleinst-Satelliten der UWE-Serie (Universität Würzburg Experimentalsatellit) haben von hier aus ihre Reise in den Weltraum angetreten und der dritte wartet gerade auf einen Termin zum Lift-Off.

Überraschende Phänomene in der Atmosphäre

„Aufgabe der Pico-Satelliten wird es sein, als verteilte Messsystem die Atmosphäre aus verschiedenen Blickwinkeln in einem Bereich genauer zu untersuchen, über den man bisher nur wenig weiß“, erklärt Professor Klaus Schilling, Inhaber des Lehrstuhls für Informatik VII. Seltsame Phänomene lassen sich dort beobachten, beispielsweise eine Art „Seifenblasen“, die aus dem Nichts entstehen und dann wieder verschwinden – die Wissenschaftler sprechen in diesem Fall von „dynamischen Inhomogenitäten“.

Die Satelliten werden auf ihrer Reise durch die Atmosphäre durch Messungen vor Ort deren Zusammensetzung bestimmen und die dort vorherrschende Strahlungsverteilung charakterisieren. 50 Satelliten sind dafür nötig, um diese Werte gleichzeitig über eine große Fläche verteilt bestimmen zu können – nicht nur punktuell.

Die Zukunft des Satellitenbaus

Damit diese Messungen später zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden können, sind die Umlaufbahnen der Pico-Satelliten zu optimieren. „Die Satelliten müssen sich untereinander abstimmen“, sagt Schilling. Dazu müssen sie messen, wo sie sich gerade befinden und in welcher Beobachtungsrichtung die Messung erfolgt. Das Satellitennetz speichert die gewonnenen Daten und sorgt dafür, dass sie zum geeigneten Zeitpunkt zur Bodenstation gefunkt werden.

Koordiniert wird das Projekt mit dem Namen „QB 50“ von Dr. Jean-Marie Muylaert, Direktor des Von-Karman-Institute for Fluid Dynamics in Belgien. Er wird als Hauptredner den aktuellen Stand des Projektes auf der Würzburger Tagung am zweiten Tag vorstellen.

An den beiden Tagen werden zahlreiche weitere aktuelle Themen behandelt: Wie können Satellitenkomponenten noch weiter miniaturisiert und trotzdem leistungsfähiger gemacht werden? Für welche Aufgaben können so kleine Satelliten geeignet eingesetzt werden?

Verteilte kooperierende Systeme zahlreicher kleiner Satelliten anstelle tonnenschwerer und garagengroßer Einzelsatelliten: So sieht nach Schillings Meinung die Zukunft des Satellitenbaus aus. „Wir beobachten bei den Satelliten einen Wandel, wie er sich bei den Computern in den vergangenen Jahrzehnten auch vollzogen hat: Weg von den viel Infrastruktur erfordernden einzelnen Großrechnern, hin zu einer riesigen Zahl von vernetzten Personal Computern“, sagt er. Das wäre dann „Cloud Computing“ im Weltall.

Kontakt
Prof. Dr. Klaus Schilling, T: (0931) 31-86647,
E-Mail: schi@informatik.uni-wuerzburg.de