Quelle: DLR.

22. März 2022. Eine Künstliche Intelligenz (KI) hilft dem würfelförmigen Roboter dabei, alles richtig einzuschätzen. Das Experiment gehört zum Projekt TumbleDock/ROAM, das das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit Partnern auf der Internationalen Raumstation ISS durchführt. Bei dem Projekt geht es letztlich um die Beseitigung von Weltraumschrott.

„Die beiden Roboter auf der ISS simulieren ein orbitales Szenario“, erklärt Dr. Roberto Lampariello vom Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen. Rund um die Erde sammelt sich Schrott an: Satelliten, die nicht mehr funktionieren und mit anderen Satelliten zusammenstoßen, sorgen für eine große Anzahl von unkontrollierten Teilen. Experten fürchten dabei das sogenannte Kessler Syndrom: Trümmerteile treffen auf weitere Trümmerteile und erzeugen so ein immer größeres Trümmerfeld. Mehr als 900.000 Weltraumschrott-Objekte befinden sich in der niedrigen Erdumlaufbahn.

In Stellung bringen, Position halten und zugreifen

Auch das DLR arbeitet an Technologien, um Weltraumschrott unschädlich zu machen. Möglich wäre zum Beispiel, Trümmerobjekte einzufangen und in der Erdatmosphäre verglühen zu lassen (Active Debris Removal, ADR) oder die Satelliten zu reparieren (On-Orbit Servicing, OOS). In beiden Fällen muss zunächst eine sichere Annäherung an ein Trümmerteil oder einen defekten Satelliten gelingen. Und genau das üben Astrobee Honey und Astrobee Bumble im Japanese Experiment Module (JEM). Die Roboter arbeiten dabei völlig selbstständig.

Astrobee Honey stellt das aktive Raumschiff („Chaser“, Verfolger) dar, Astrobee Bumble den Zielsatelliten. Der Chaser soll sich in eine vordefinierte Stellung zum Zielsatelliten bringen und mit einem synchronen Flug die Position halten. Aus dieser Position könnte in einer zukünftigen Mission mit einem auf dem Chaser installierten Roboterarm der Zielsatellit eingefangen werden. Der Chaser muss die taumelnde Bewegung des Zielsatelliten genau vorhersagen, seine kollisionsfreie Flugbahn planen und erfolgreich ausführen. Denn ohne eine korrekte Annäherung wäre auch das spätere Einfangen nicht möglich. „Um die Aufgabe realistischer zu machen, werden virtuelle Sonnenkollektoren auf dem Zielsatelliten angehängt. Ziel ist es zu zeigen, dass die an Bord des Chasers laufende autonome Methode alle realistischen Anforderungen erfüllen kann“, sagt Dr. Roberto Lampariello. „Bei den Experimenten Anfang Februar auf der ISS wurden erste Versuche durchgeführt, wobei wichtige vom DLR stammenden Komponenten hervorragend funktioniert haben.“

Neue Einsatzmöglichkeiten für die Astrobees

Die Erkenntnisse sind wegweisend für die weitere Entwicklung von robotischen Chasern. Die Software für die Bahnplanung des Astrobee Honey (Chaser) und für die realistischen Taumelbewegungen des Astrobee Bumble (Zielsatellit) wurde am DLR-Institut für Robotik und Mechatronik entwickelt und auf der ISS erfolgreich getestet. Die robuste Regelung entstand gemeinsam mit dem MIT (Massachusetts Institute of Technology), das auch die Navigation zwischen Chaser und Zielsatellit entwickelt hat. Die Komponenten könnten weiterhin auf der ISS getestet werden, um verschiedene Annäherungen zum Zielsatelliten zu demonstrieren. Die US-Raumfahrtbehörde NASA ist ebenfalls Partner im Projekt TumbleDock/ROAM (Relative Operations for Autonomous Maneuvers), stellt die Astrobees bereit und steuert sie während der Experimente vom NASA Ames Research Center in Kalifornien (USA).

Bei den Astrobees handelt es sich um ein frei fliegendes Robotersystem der NASA, das die Astronautinnen und Astronauten auf der ISS bei Routineaufgaben unterstützt. Die drei etwa 30 Zentimeter großen Würfel Honey, Bumble und Queen können aber auch als Forschungsplattformen dienen. Angetrieben werden sie mit elektrischen Ventilatoren.

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: US House of the Representatives, space.com.

Zweck der Veranstaltung war es, die Frage zu erörtern, welchen Weg die US-amerikanische Raumfahrt einschlagen soll um das Fernziel einer bemannten Marslandung zu erreichen. Während die NASA und das Weiße Haus die Asteroidenmission planen, gibt es in den USA zahlreiche Stimmen, die den Sinn einer solchen Aktion bezweifeln und stattdessen lieber eine erneute Landung und eine permanente Station auf dem Mond sehen würden. Als Teilnehmer bzw. Redner waren neben den Politikern auch Wissenschaftler geladen, darunter auch Dr. Louis Friedman, einer der Autoren der Studie, auf der das Asteroidenkonzept beruht.

Zur Erinnerung: Das Konzept der NASA sieht die Asteroidenmission als einen Weg vor, Technologien, die man auch bei einem Flug zum Mars brauchen würde, zu erproben. Also will man 2017 einen etwa sieben Meter großen Brocken einfangen (robotgesteuert) und diesen dann in eine lunare Umlaufbahn bugsieren, um ihn dort auszusetzen. Dann soll eine bemannte Orionkapsel ihn (nach zwei Testflügen in den Jahren 2014 und 2017) 2021 ansteuern, damit US-amerikanische Astronauten ihn betreten können. Soweit der Plan, der die vorherigen Konzepte einer Mondlandung als Zwischenschritt zum Mars ersetzen soll.

Auf dem Hearing zeigte sich aber, dass nicht jeder der US-amerikanischen Politiker und Wissenschaftler mit dieser Konzeption der zukünftigen bemannten amerikanischen Raumfahrt einverstanden ist. Vielmehr würde es einige von ihnen als sinnvoller ansehen, den Mond als Zwischenstation zum Mars zu präferieren. Die Gründe dafür sind:

• Durch eine Mondlandung können ebenfalls Technologien erprobt werden, die für den Mars von Bedeutung sein können und dieses z.T. auch besser. Dazu gehört die Landung auf und der Aufstieg von einem großen Gesteinskörper mit einem bemannten Raumfahrzeug, etwas, was die NASA seit der letzten Mondlandung nicht mehr gemacht hat.
• Wenn man eine ständig besetzte Station auf dem Mond aufbauen würde, würden Astronauten die Möglichkeit erhalten, dauerhaft in einer Umgebung zu leben, die der des Mars nahe kommt. So wäre ein Aufenthalt auf dem Mond ein Training für den Aufenthalt auf dem Mars. Der Vorsitzende des Komitees, der Republikaner Lamar Smith aus Texas, hieb in diese Kerbe, als er davon sprach, dass er sich keinen besseren Ort als den Mond vorstellen könne, um das Leben und Arbeiten auf einem anderen Himmelskörper zu lernen und zu trainieren.

Louis Friedman hielt dem entgegen, dass der Weg über die Asteroidenmission im Moment aus technischen und finanziellen (laut der Keck-Studie sollen die Kosten für das komplette Missionskozept bei etwa 2,6 Milliarden US-Dollar liegen) Gründen der einzig gangbare sei, um eine Marsmission vorzubereiten. Dies hat auch der Administrator der NASA, Charles Bolden, vor einigen Tagen bei zwei Ansprachen in Washington bestätigt, als er sagte, eine erneute Landung auf dem Mond halte die NASA davon ab, den Mars in den 2030er Jahren zu erreichen.
Grundlegendere Kritik an der Entscheidungsfindung für die Asteroidenmission hatte dagegen Douglas Cooke, ein früherer NASA-Mitarbeiter, der jetzt eine Consulting-Firma leitet. Seiner Meinung nach habe man zu wenige Experten in den Prozess eingebunden.

Einig war man sich hingegen darin, dass die NASA für die Ziele, die sie erreichen soll, auch mit den entsprechenden finanziellen Mitteln ausgestattet werden muss. Da habe sich die Lage in den letzten Jahren verschlechtert.

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• Asteroid Retrieval Feasibility Study

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: CBS, NBCNews. Vertont von Peter Rittinger.

Dabei soll ein Robotschiff einen vorher ausgewählten Kleinkörper des Sonnensystems anfliegen, der einen Durchmesser von etwa 10 Metern (30 Fuß) hat. Das Schiff soll dann den Asteroiden einfangen und ihn in einer für Astronauten im neuen Orion Crew Vehicle zu bewältigenden Entfernung von der Erde platzieren, und zwar in der Nähe des Mondes.

Mit diesem Plan soll offenbar eine sowieso schon geplante Mission zu einem Asteroiden mit Landung darauf so vereinfacht werden, dass sie nicht erst in der dritten Dekade unseres Jahrhunderts ausgeführt werden kann, sondern schon früher. Ursprünglich hatte man für eine Asteroidenmission mit dem Jahr 2025 als frühesten Startzeitpunkt gerechnet, nun aber peilt man das Jahr 2017 für den Start des Robotschiffes an. Der Transport soll im Jahr 2019 beginnen und der Kleinkörper bis 2021 an seinem Bestimmungsort angekommen sein.

Der ehemalige Astronaut und heutige Senator Bill Nelson hat am Freitag der vorigen Woche über das Projekt gesprochen. Am Samstag wurde die Planung von einem offiziellen Vertreter der Weißen Hauses gegenüber CBS News bestätigt. Demnach sollen im Budget der NASA für das Jahr 2014 100 Millionen US-$ für das Projekt reserviert werden.

Bei ihrer Planung bezieht sich die NASA auf eine Studie von Wissenschaftlern des Keck Institute for Space Studies, welche bereits im letzten Jahr veröffentlicht worden ist. Die Kosten wurden dort mit 2,6 Milliarden Dollar angegeben, die NASA möchte diese aber noch drücken, indem die Flüge in das Testprogramm für die neue Schwerlastrakete SLS und die Orion-Kapsel einbezogen werden.

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• Raumstation bei EML 2

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