Engineering Kleine Satelliten kommen aus dem Orbit in die Fabrik

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Engineering Kleine Satelliten fürs All bieten große Spin-off-Potenziale auch für die digitale Fabrik der Zukunft. Ob Industrie 4.0, Mensch-Roboter-Kooperation oder Telematik, Würzburger Forscher prägen diese Entwicklungen mit. Deren Experimental-Satelliten ermöglichen den erfolgreichen Technologietransfer für die Smart Factory.

Goldgräberstimmung. Treffender lässt sich wohl nicht auf den Punkt bringen, was derzeit in den USA aber auch anderswo in Sachen Kleinst-Satelliten abläuft. Gefragt sind keine großen geostationären Satelliten mit langen Zeitverzögerungen bei der Datenübertragung, sondern viele kleine in niedrigen Erdumlaufbahnen fliegende Satelliten, die Netze für schnelle Kommunikationsverbindungen bilden, über die sich dann das weltweite Hochgeschwindigkeits-Internet realisieren lässt. Ebenfalls hochaktuell ist die mit Kleinst-Satelliten-Netzen durchgeführte gemeinsame Erdbeobachtung. Es sind zwei US-Konsortien, die eine erdumspannende Konstellation von Kleinsatelliten vorantreiben.

In den USA boomen die Kleinst-Satelliten

So investierte Google bereits eine Mrd. Dollar in die Firma SpaceX, die plant mit tausenden von Internet-Satelliten die gesamte Erde mit moderner Kommunikations-Infrastruktur zu versorgen. Dass Kleinst-Satelliten eine große Perspektive haben, das zeigte die 29.AIAA/USU-Konferenz in Logan, USA. Auf dem Campus der dortigen Utah State University trafen sich im August über 1.800 Besucher aus Wissenschaft, Industrie, Raumfahrt und Militär. „Weltweit werden neue Forschungslabors für den Zukunftsmarkt Kleinst-Satelliten und Formationen aufgebaut“, bilanziert Prof. Dr. Klaus Schilling, Inhaber des Lehrstuhls für Robotik und Telematik der Universität Würzburg, nach seinem Forschungsaufenthalt in den USA. Der Boom der kleinen und kleinsten Satelliten, darunter versteht man Flugkörper im Gewichtsbereich von einigen 100 kg bis zu 1kg, ruft zahlreiche Start ups auf den Plan. Ein Beispiel sind die Planet Labs in San Francisco. Gegründet 2011 sind dort mittlerweile 125 Mitarbeiter angestellt. Eingeworben haben die Gründer ein Venture Capital von etwa 160 Mio. Dollar. Damit sollen 100 Satelliten bis Ende 2016 in den Erdorbit gebracht werden. Ziel der dortigen Entwicklungen sind Bilder von der Erde mit einer Auflösung von 3 bis 5 m.

Kleinst-Satelliten können die Erde komplett überwachen

„Damit lässt sich jedes Auto oder Schiff auf der Erde erkennen und wegen der guten zeitlichen Auflösung in seinem Weg verfolgen“, weiß Klaus Schilling. Der Weltraumexperte Schilling setzt auf Kleinst-Satelliten. UWE heißt die Entwicklung, und das steht für Universität Würzburg Experimentalsatellit. Ziel der Forschungsarbeiten sind verteilte, vernetzte Kleinsatellitensysteme. Aktuell im All ist UWE-3, mit dem die Würzburger Forscher die Lagekontrolle des Satelliten testen. Als nächster Schritt ist UWE-4 geplant, dann UWE-5, an dem man die Kontrolle der Umlaufbahn mit einem Elektroantrieb und die relative Navigation erproben will. Der ganz große Wurf steht dann in den Jahren 2017/2018 an. Aufbauend aus den UWE-Erfahrungen will man dann nämlich mit NetSat-1 bis -4 eine kooperierende Gruppe von Kleinst-Satelliten im All installieren, die den Relativabstand zwischen den einzelnen Satelliten koordiniert, mit dem Ad-Hoc- und verzögerungstolerante Netze realisierbar sind. Netze, die dann von der Erde aus genutzt werden können für industrielle Dienstleistungen übers Internet, wie zum Beispiel Fernwartung. Solche Satelliten-Netze bieten auch in der Erdbeobachtung neue Möglichkeiten: durch häufige Überflüge kann man so alles beobachten, was sich auf der Erde bewegt. „Würzburg setzt Standards beim robusten, modularen und flexiblen Satelliten-Design“, betont Klaus Schilling. Man verwende nur kommerzielle Bauteile. Die Abschirmung der eingebauten Elektronik übernehme dann eine besondere implementierte Software, mit der man die Fehler rasch feststellen und anschließend die Redundanz von Systemen steuern kann. Software ersetzt also das Blei, das früher zur Strahlungsabschirmung verwendet wurde.

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