Luft- und Raumfahrt Fernsteuern über Millionen Kilometer hinweg

Redakteur: Jan Vollmuth

Heute startete an der Universität Würzburg das 19. IFAC Symposium über "Automation Control in Aerospace". Die internationale Konferenz ist Treffpunkt von Experten zur Kontrolle von Satelliten, Raketen und Flugzeugen. Zum Auftakt beschrieb der Mission Manager des Marsroboters „Curiosity“ die Herausforderungen mit der Fernsteuerung des Rovers.

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Selbstportrait des NASA-Marsrovers Curiosity. Es besteht aus 66 Fotos, die mit dem Mars Hand Lens Imager (MAHLI) des Rovers im Laufe des 177ten Marstages (Sol) nach der Landung aufgenommen worden sind (3. Februar 2013).
Selbstportrait des NASA-Marsrovers Curiosity. Es besteht aus 66 Fotos, die mit dem Mars Hand Lens Imager (MAHLI) des Rovers im Laufe des 177ten Marstages (Sol) nach der Landung aufgenommen worden sind (3. Februar 2013).
(Bild: NASA/JPL-Caltech/MSSS)

"Wir planen die nächsten Aktivitäten von Curiosity in jeder Marsnacht neu", sagte Dr. Rick Welch vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) des California Institute of Technology während seiner Präsentation, zu der er live aus Pasadena im US-Bundesstaat Kalifornien nach Würzburg per Videokonferenz hinzugeschaltet wurde. Der Mission Manager von Curiosity arbeitet seit 1992 am JPL und war seitdem an der Entwicklung und dem Betrieb aller Marsrover der NASA beteiligt.

"Ich spreche jeden Tag mit den beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren, wie die Herausforderungen, vor denen das Fahrzeug gerade steht, gemeistert werden können. Schnelle Entscheidungen sind das Schlimmste, was man tun kann. Kleine Fehler rächen sich am Ende", erklärte Welch. Kein Wunder: Die Entfernung von Mars zu Erde schwanken in Abhängigkeit der Positionen auf den Umlaufbahnen zwischen 56 und 401 Millionen Kilometer, was zu einer großen Zeitdifferenz zwischen Absenden und Ankommen des Signals führt – in der Zwischenzeit muss Curiosity eigenständig Entscheidungen treffen können.

Der Vortrag von Dr. Rick Welch machte auf kurzweilige Weise deutlich, welche Themen das IFAC Symposium in den Mittelpunkt stellt: Es bezieht sich auf Raumfahrtanwendungen und deckt dabei alle Aspekte ab, d. h. Dynamik, Navigation und Kontrolle astronautischer und astronomischer Anwendungen in Theorie und Praxis. Ein großes Feld ist die Organisation von mehreren Flugobjekten als kooperierender Schwarm oder zur Verkehrskontrolle. Darüber hinaus werden auch Raummissionen zu entfernten Planeten diskutiert.

Die Vorträge behandeln unter anderem das Navigieren von Raumfahrtzeugen und unbemannten Flugobjekten. Auf der Konferenz werden unterschiedliche Steuerungsmechanismen vorgestellt und bekannte Ansätze mit neuen Ansätzen verglichen. Beispielsweise wird auch das Thema Kollissionsschutz debattiert, das ein Hauptkriterium für das Scheitern des Eurohawk Projektes war.

Ein weiteres Thema lautet Satelliten-Formation. Hier werden die Experimente mit TanDEM-X (ein deutscher Radarsatellit) und PRISMA (ein schwedischer Satellit) des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums vorgestellt. Der Hintergrund: Man möchte beim autonomen Formationsflug von Satelliten vor allem „Rendezvous“-Operationen durchführen, das heißt ein Aufeinandertreffen ohne Kollission von mehreren navigierbaren Satelliten erreichen. Dieses Manöver bildet beispielsweise die Grundlage für Wartungsmanöver im Weltall.

Ein weiteres großes Anwendungsgebiet ist die Beseitigung von Weltraumschrott, wozu nicht nur ein Aufeinandertreffen (Rendezvous) sondern auch ein „Andocken“ an passive Objekte ermöglicht werden muss. Die damit verbundenen Kontrollalgorithmen sind sehr komplex. Im Lehrstuhl VII für Informatik der Universität Würzburg wird ein derartiges Verfahren mit zwei Industrierobotern simuliert.

Ein weiteres großes Themengebiet bieten Pico und Nano-Satelliten. Ein Kleinsatellit ist ein Satellit mit einer Masse von maximal 500 Kilogramm, Nanosatelliten wiegen zwischen 1 und 10 kg, Picosatelliten zwischen 0,1 und 1 kg. Die Miniaturisierung der Elektronik ermöglicht die Entwicklung solcher Satelliten und ist dabei gleichzeitig energie- und kosteneffizienter.

Das IFAC Symposium feiert in diesem Jahr seinen 50sten Geburtstag. Es wird von VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik zusammen mit dem Lehrstuhl für Robotik und Telematik der Universität Würzburg noch bis einschließlich 6. September veranstaltet. Das Programm kann hier abgerufen werden. (jv)

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