Quelle: Jena-Optronik GmbH 22. September 2022.

Paris (Frankreich), Donnerstag, 22. September 2022 – Das englische Unternehmen Astroscale Ltd. ist die erste Firma, die ein kommerzielles System zur Weltraumschrottbeseitigung, z. B. für defekte Satelliten, entwickelt. Nach der erfolgreichen ELSA-d Mission, die einen magnetischen Mechanismus zum Einfangen eines Satelliten (genannt “Client”) in 2021/2022 demonstriert hat, startet Astroscale nun das nächste Programm – ELSA-M. Die für 2024 geplante Mission soll mehrere funktionsunfähige Satelliten im erdnahen Orbit beseitigen. Die Mission sieht hierbei eine Umrundung des defekten Satelliten zur Inspektion vor, um anschließend ein komplexes Andockmanöver daran durchzuführen. Zum Abschluss der Operation wird der “Client” in eine niedrige Erdumlaufbahn manövriert, um dort dann zeitnah in der Erdatmosphäre zu verglühen.

Das Docking-Manöver mit dem defekten Satelliten wird durch den Rendezvous- and Docking Sensor RVS 3000-3D (LiDAR) der Jena-Optronik unterstützt, welcher ein sicheres Einfangen des Client-Satelliten ermöglicht. Dank seines robusten und strahlungsharten Designs wird der RVS 3000-3D viele zukünftige Missionen dabei unterstützen, dass Kunden von Satellitenkonstellationen mit dem kommerziellen ELSA-M Service nicht nur einen, sondern auch mehrere defekte Satelliten während einer Mission entsorgen können.

Der Beste seiner Klasse – der LiDAR Sensor von Jena-Optronik vereint alle notwendigen optischen und elektronischen Komponenten, sowie auch die zugehörige Software um nicht-kooperative Ziele anzufliegen, wie z.B. einen defekten Satelliten. Der vollständig qualifizierte RVS 3000-3D hat den technologischen Reifegrad TRL9 (Technology Readiness Level) in 2020 im Rahmen der MEV-Missionen (kurz für: “Mission Extension Vehicle”) des US-Raumfahrtunternehmens Northrop Grumman erreicht.

„Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Jena-Optronik zur Entwicklung unseres kommerziellen ELSA-M Service”, erläutert Neil Yarr, Head of Guidance Navigation and Control bei Astroscale. “Unser LiDAR Partner ist entscheidend für den Erfolg unseres Anflugs während der ELSA-M Demo-Mission zur Beseitigung von Weltraumschrott. Denn dieses Vorhaben erfordert eine enorme Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Rendezvous- und Docking-Sensors.”

„Wir sind sehr froh, dass Astroscale uns als LiDAR-Partner ausgesucht hat. Es ist uns eine große Ehre zu solch einer wichtigen und bahnbrechenden Mission wie ELSA-M unseren Beitrag zu leisten”, ergänzt Peter Kapell, Geschäftsführer der Jena-Optronik GmbH. “Weltraumschrott hat sich in den letzten Jahren zu einem großen Problem entwickelt und wird mit den zukünftig geplanten Satellitenkonstellationen zu einer noch größeren Herausforderung. Daher freuen wir uns sehr darauf, Astroscale bei ihrer Mission zu unterstützen, um so für zukünftige Generationen das Leben und Arbeiten im Weltall sicherer und vor allem auch nachhaltiger zu gestalten.”

Zur Unterstützung der Themen Nachhaltigkeit, Klimawandel und Müllvermeidung ist es wichtig, existierenden Weltraumschrott zu beseitigen. Zudem muss damit begonnen werden, neue Satelliten und Raumfahrzeuge mit technischen Möglichkeiten auszustatten, die zukünftig eine einfache Beseitigung möglich machen – nur so kann die “Umwelt” im Weltraum geschützt werden. Das #teamspace der Jena-Optronik ist stolz darauf, mit dem RVS 3000-3D als Teil der ELSA-M Mission einen wichtigen Beitrag zur Beseitigung von Weltraumschrott zu leisten.

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• Konzepte gegen Weltraumschrott

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Quelle: Jena-Optronik GmbH 1. Juni 2022.

1. Juni 2022 – Das amerikanische Start-Up Unternehmen Axiom Space aus Houston, Texas, wird mit der “Axiom Station” die erste private Raumstation für den niedrigen Erdorbit bauen und damit wissenschaftlichen, industriellen und staatlichen Einrichtungen, aber auch Privatpersonen einen breiteren Zugang zum Weltall ermöglichen. Wenn in 2024 das erste Modul „Ax-H1” zur Internationalen Raumstation ISS fliegen wird, ist auch ein LiDAR-Sensor des Raumfahrtunternehmens Jena-Optronik an Bord. Der Rendezvous- und Docking Sensor „RVS 3000“ wird einen präzisen Anflug auf die ISS gewährleisten.

Der Beste seiner Klasse: Der RVS 3000 LiDAR konnte seine Leistungsfähigkeit bereits auf vielen amerikanischen, europäischen und japanischen Flügen zur ISS unter Beweis stellen und verfügt über den technologischen Reifegrad TRL9 (Technology Readiness Level). Der kompakte LiDAR beinhaltet alle notwendigen optischen und elektronischen Komponenten sowie die Datenverarbeitung für das autonome Docking an die ISS. Der Sensor nutzt dabei die Retroreflektoren um das Dockingmodul der ISS für die sichere Annäherung.

“Wir freuen uns, dass die Jena-Optronik einen unserer Hauptsensoren für die Navigation bereitstellt. Unser modularer Ansatz und das Andocken an der ISS bringen große Herausforderungen mit sich und die Jena-Optronik unterstützt uns hier immens!“, erläutert Matt Ondler, Chief Technology Officer und Director of Engineering bei Axiom Space.

„Es ist wirklich eine große Freude mit so vielen Menschen aus verschiedensten Funktionen bei Axiom Space das Rendezvous- und Docking-Konzept zu entwickeln. Die Arbeit von Axiom Space ist bahnbrechend und wir freuen uns sehr darauf, mit unserem RVS3000 einen entscheidenden Beitrag zu diesen faszinierenden Missionen zu leisten“, kommentiert Dr. Max Möller, Abteilungsleiter LiDARe bei der Jena-Optronik.

Auch wenn wir noch nicht an dem Punkt angekommen sind, an dem jeder Mensch ins All fliegen kann, so geht der Trend ganz klar in Richtung der kommerziellen Raumfahrt. Zukünftig wird es entsprechende Zugangsmöglichkeiten ins All für mehr und mehr Menschen überall auf der Erde geben – und das unabhängig von deren Herkunft, Alter, Geschlecht oder Beruf.

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• Axiom Space

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Quelle: Jena-Optronik GmbH.

Das Mission Extension Vehicle-2 (MEV-2) von Northrop Grumman für SpaceLogistics wurde am 15. August 2020 gestartet. Die Jena-Optronik GmbH stellt auch dieses Mal die Sensoren für das An- und Abdocken des MEV-2. Die aus Jena bereitgestellten Systeme umfassen den Rendezvous- und Docking-Sensor RVS®3000-3D und das Kamerasystem RVS®cam (VSS, „Visual Sensor Suite“) sowie die flugerprobten Sternsensoren ASTRO® APS.

„Die MEV-Mission ist bisher absolut einzigartig. Jeder junge Ingenieur träumt davon, an etwas so spannendem teilzuhaben. An etwas, das man seinen Enkeln später erzählen kann. Ein LiDAR für die MEV-Mission zu konzipieren und zu qualifizieren war für mich diese Erfahrung“, meint Christoph Schmitt, der Projektmanager für den RVS3000-3D bei Jena-Optronik. „Unsere Mission bestand darin, einen Sensor zu entwickeln, der einen nicht für Andockmanöver konzipierten Satelliten identifizieren und verfolgen konnte. Das LiDAR muss 15 Jahre lang zuverlässig in einer sehr rauen GEO-Umgebung funktionieren, wo es starker Strahlung ausgesetzt ist. Es muss trotz der widrigen Umstände hochauflösende 3D-Bilder (Punktwolken) eines Satelliten erzeugen können. Außerdem mussten wir hochkomplexe Bildverarbeitungsalgorithmen von Grund auf selbst konzipieren und implementieren, um die Position und Fluglage des Zielsatelliten zu berechnen. Die Kombination aus Sensoren und Algorithmen erlaubt es dem MEV, sich sicher an seine Ziele anzunähern und an ihnen anzudocken. Der Moment, als die neue Sensorgeneration tatsächlich im All mit ihrem ersten Zielsatelliten Intelsat 901 interagierte, war definitiv ein Moment, von dem ich meinen Enkeln erzählen werde.“

Dieselbe Ansicht – ein anderes Bild
Das linke Bild zeigt den IS-901 in seiner geostationären Umlaufbahn. Im Hintergrund ist die Erde zu sehen. Die rechte Seite ist eine überlagerte Darstellung aus mehreren Aufnahmen unseres RVS3000-3D – der Vergleichspunkte – mit dem entsprechend angepassten CAD-Modell des IS-901. Das Bild zeigt, was im Inneren des intelligenten RVS3000-3D-Sensors passiert.

Vielfältige Zukunft für Robotik-Missionen im All
Für zukünftige Missionen wie Wartungsarbeiten in der Umlaufbahn (On-Orbit Servicing, OOS), die Entfernung von Weltraumschrott oder Landungen auf Planeten wird ein leistungsfähiges LiDAR-System (LiDAR: Light Detection and Ranging) für die 3D-Bildgebung benötigt. Außerdem sind hochentwickelte Bildverarbeitungstechnologien notwendig, um Raumfahrzeuge zu Zielobjekten im All zu manövrieren, welche ursprünglich nicht dafür vorgesehen waren. Das neue 3D-LiDAR RVS3000-3D von Jena-Optronik stellt für beide Herausforderungen eine Lösung dar. Es kombiniert hochauflösende LiDAR-Scans mit robusten Algorithmen zur Positionsbestimmung.

„Der faszinierendste Teil dieser Mission ist, dass viele Teammitglieder des RVS3000-Teams Schüler waren, als der GEO-Satellit, an den wir andocken wollen, entworfen wurde. Man kann sich kaum vorstellen, wie damals all die Zeichnungen und Analysen erstellt wurden. Es gibt kein CAD-Modell – wir haben nur Fotos, die während der Integration des Satelliten gemacht wurden. Niemand weiß, wie der Satellit nach vielen Jahren in seiner Umlaufbahn aussieht. Heute werden wir daran andocken. Es klingt verrückt, aber genau das spielt sich über unseren Köpfen ab!“, erklärt Dr. Reinhard Berger, Leiter Projekte und Programme bei Jena-Optronik GmbH. „In naher Zukunft sind noch viel komplexere Missionen geplant und möglich. Was 1990 noch Science-Fiction war, ist nun Realität – und was heute Science-Fiction ist, wird sehr bald möglich sein! Das ist auch nicht das einzige aktuelle Projekt im Weltraum: wir denken auch an Möglichkeiten, auf dem Mond und sogar auf dem Mars zu landen und zu bleiben.“

Rendezvous im All: eine lange Geschichte
Die LiDAR-Projekte bei Jena-Optronik begannen in den 1990er-Jahren mit einem ESA-Projekt, das den ersten Prototyp des Rendezvous- und Docking-Sensors RVS ins All brachte. Der erste RVS kam auf zwei Flügen zur russischen Raumstation MIR bei den Raumfährenmissionen STS-84 und STS-86 der NASA zum Einsatz.

In Reaktion auf die Nachfrage nach unbemannten Versorgungsmissionen zur Internationalen Raumstation ISS machte das Team von Jena-Optronik den nächsten Schritt und entwarf, konstruierte und qualifizierte die finale Version des Rendezvous- und Docking-Sensors RVS zur Nutzung in europäischen, japanischen und US-amerikanischen Weltraumgefährten auf dem Weg zur ISS.

Für zukünftige Anwendungen wie beispielsweise Wartungsarbeiten in der Umlaufbahn (On-Orbit Servicing, OOS) oder planetare Landungen wurde ein leistungsfähigeres LiDAR-System für die 3D-Bildgebung benötigt. Das Konzept für ein neues, leistungsfähigeres und gleichzeitig kompaktes und kosteneffizientes LiDAR-System wurde einerseits als Ersatz für den alten RVS-Sensor und andererseits für weitere Missionsszenarien entwickelt – so entstand die RVS3000-Produktfamilie.

Die RVS3000-Produktfamilie besteht aus dem RVS3000 und dem RVS3000-3D. Die zusätzlichen Fähigkeiten der RVS3000-3D-Variante stellen die autonome Identifizierung von Strukturen sicher und ermöglichen Missionen wie die der MEV oder zukünftige Landungsmissionen auf dem Mond, dem Mars und anderen Himmelskörpern. Die Systeme verwenden das Laufzeitprinzip für die LiDAR-Messung – dasselbe Konzept wurde auch in den bisherigen Projekten erfolgreich genutzt. RVS3000 und RVS3000-3D sind modular aufgebaut, wobei beide Sensorversionen denselben mechanischen Aufbau und dieselbe Grundfläche aufweisen.

Intelsat 10-02 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 28.358 und als COSPAR-Objekt 2004-022A. Das MEV-2 ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 46.113 und als COSPAR-Objekt 2020-056B. (RN)

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• Galaxy 30, BSat-4B und MEV-2 auf Ariane 5 ECA (VA253)

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