Quelle: UN:IO-Konsortium / Reflex Aerospace GmbH.

13. Dezember 2021 – Bis 2025 erhält Europa seine eigene Konstellation von Satelliten zur Sicherstellung souveräner Kapazitäten für kommerzielle wie institutionelle Kommunikationskanäle. Schnelles Internet, autonome Mobilität zu Wasser, zu Lande und in der Luft, selbsttätiger Austausch von Informationen zwischen technischen Anlagen, Unterstützung militärischer und humanitärer Aktionen sowie weitere Anwendungen für Behörden, Unternehmen und Bürger: das Projekt ist „Europas technologische Unabhängigkeitserklärung“, stellt Walter Ballheimer fest. Er ist Geschäftsführer des Satellitenhersteller Reflex Aerospace und Sprecher des inneren Konsortialkreises, gebildet von Reflex, dem Laserspezialisten Mynaric und dem Startdienstanbieter mit Fokus auf kleine und mittlere Satelliten Isar Aerospace. Die drei stehen an der Spitze einer stetig wachsenden Phalanx von derzeit rund zwanzig Raumfahrtunternehmen Europas. Sie alle setzen auf ihren Spezialgebieten die Maßstäbe für Innovation in der Raumfahrttechnik, haben darüber hinaus aber vor allem eines gemeinsam: es sind hauptsächlich kleine und mittelständische Unternehmen, zum Teil noch Startups, die diese Aufgabe angehen.

An derartiger Konzentration von Innovationskräften hat auch die Europäische Kommission großes Interesse; Das UN:IO Konsortium wurde vor wenigen Tagen für eine ihrer zwei, an Unternehmen aus dem Bereich des sogenannten „New Space“ adressierten und mit 1,4 Millionen Euro dotierten Studienausschreibungen ausgewählt. Denn für die EU hat ein sicheres, sehr schnelles und vor allem souveränes Kommunikationsnetz für Europa höchste Priorität. Zudem muss es Kriterien der Nachhaltigkeit für den „Green Deal“ der EU erfüllen und darüber hinaus schon heute die technische Brücke in eine entferntere Zukunft schlagen, deren Kommunikationsnetz in Europa dann durch Quantenverschlüsselung gegen Cyberattacken hochgradig geschützt sein wird.

Es besteht höchster Eilbedarf, denn noch steht Europa sehr weit hinter den USA und China zurück, die beide ihre Konstellationen von Kommunikationssatelliten schon weitgehend realisiert haben. Ohne deren Dienste fällt die Wirtschaft Europas in vielen Bereichen unweigerlich zurück; aber sie zu nutzen, birgt die Gefahr des Verlustes eigener Kontrolle. Höchste Zeit also für eine eigene Lösung, so Walter Ballheimer. „Wir haben in Europa alles, was wir brauchen – wir müssen es jetzt nur hoch effizient kombinieren und aktivieren. Für diese Aufgabe ist unser Konsortium bestens vorbereitet, denn Flexibilität, Schnelligkeit und Wirtschaftlichkeit bilden zusammen mit der Innovationskraft der technologischen Avantgarde des Kontinents die DNA des Raumfahrt-Mittelstandes. Beispiel 1: Bei UN:IO werden quantenkryptografische Verfahren von übermorgen zusammen mit unantastbaren Laserlinks sowohl Sicherheit als auch Geschwindigkeit garantieren. Beispiel 2: Anstelle von konventionellen Konzepten, die den niedrigen Erdorbit mit zehntausenden Satelliten verstopfen, erreichen wir noch höhere Kommunikationsleistungen durch intelligente Kombination unterschiedlicher Orbits mit nur einigen hunderten Satelliten. Und obendrein bringen wir diese dann, Beispiel 3, am Ende der Dienstzeit mit einem innovativen Bremssegel in Rekordtempo wieder aus dem All zurück, statt den Orbit mit Schrott zu vermüllen.“

In sechs Monaten wird das Konsortium, wie es die Bedingungen der finanziellen Förderung verlangen, der EU seine technischen Lösungen im Detail präsentieren. Parallel beginnt jedoch bereits auf Grundlage einer Finanzierung aus Eigenmitteln und Risikokapital der Aufbau der Hardwarestruktur, sodass schon im Jahre 2023 ein erster Demonstrator seine Arbeit im All aufnehmen kann. Ihm folgen über 400 weitere, mit Lasern vernetzte Satelliten, diverse Bodenstationen, mehrere Kontrollzentren und weitere Betriebsinfrastruktur. Bis 2025 soll Europas eigene UN:IO Konstellation vollständig in Betrieb genommen sein.

Eine erste Runde intensiver nicht öffentlicher Gespräche mit Spitzenvertretern deutscher Unternehmen und Verbände zum Leistungsangebot von UN:IO findet bereits auf der World Satellite Business Week in Paris Mitte Dezember statt, weitere folgen bis zum Sommer im deutschsprachigen, skandivanischen, baltischen und Mittelmeerraum. Ballheimer: „Darüber hinaus sind wir davon überzeugt, dass wir nationale Regierungen ebenso wie die EU selbst als Ankerkunden oder Partner werden gewinnen können. Die Vergabe der Studie an unser Konsortium werten wir als klares Vertrauensvotum der Kommission. Dafür sind wir dankbar.“

Über UN:IO
Das UN:IO Projekt ist ein gemeinsames Vorhaben von Reflex Aerospace, Mynaric und ISAR Aerospace mit breiter Unterstützung von KMU der Raumfahrtindustrie. Die Reflex Aerospace GmbH (Grüberger Str. 48b, 10245 Berlin, HRB267113), vertreten durch Walter Ballheimer, repräsentiert das Konsortium.

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• Großkonstellationen

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Quelle: DLR.

2. August 2021 – Von Sonnensegeln über Photovoltaikmodule bis hin zu entfaltbaren Weltraumflügeln, die ihre Funktionalitäten bei Ohrenkneifern und Libellen abgeguckt haben – die Versuche des DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, die bei der 37. Parabelflugkampagne der Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit an Bord waren, standen ganz im Zeichen der „Entfaltung“.

Es ist nicht viel Platz an Bord von Raketen. Oft werden in der Raumfahrt funktionale Flächen benötigt, die vor dem Start kompakt sind, aber im Orbit sehr groß werden müssen. Beispiele dafür sind die photovoltaischen Solarmodule der ISS, Antennen an Satelliten zur Kommunikation und Erdüberwachung und zukünftig auch Bremssegel zum gezielten Abbremsen und somit für einen beschleunigten Wiedereintritt von ausgedienten Satelliten oder Sonnenblenden (Solar Shades) sorgen. Auch Sonnensegel zum Antrieb von Satelliten können zukünftig solche Anwendungen darstellen.

Doch vorher sind viele technische Herausforderungen zu lösen: Wie bekommt man beispielsweise große Segel, möglichst klein und leicht für den Transport? Was macht die dünnen, leichten Masten haltbar genug für riesige Weltraumflügel oder Photovoltaikmodule? Wie können die Verbindungsstücke zwischen Mast und Satellit die Kräfte, die auf sie einwirken, optimal halten?

Mit all diesen Fragen beschäftigen sich die fünf Experimente des Braunschweiger DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, die mit dem Parabelflug am 23. Juli 2021 von Paderborn aus gestartet sind. In 31 Parabeln befanden sich die Forschenden jeweils für 22 Sekunden in Schwerelosigkeit und konnten so die Entfaltungsmechanismen unter ähnlichen Bedingungen wie im Weltraum durchführen.

Belastungstest für Kohlefasermasten für Weltraum-Sonnensegel

Gemeinsam mit der NASA untersuchte das DLR Möglichkeiten aus einer Box, die so groß ist wie eine Mikrowelle, ein Sonnensegel, das so groß ist wie ein Basketballfeld, zu entfalten. Die x-förmige Rückenstruktur des Segels, bestehend aus hohlen, rollbaren Kohlefasermasten, entfaltet sich und spannt gleichzeitig auch die Membran. Unterstützt von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom DLR hat die NASA für dieses Projekt einen 16 Meter langen, aufrollbaren Masten entworfen und gefertigt. Das DLR hat dazu den passenden Aufspul- und Entfaltungsmechanismus entwickelt. Da das Team die Masten für den Einsatz im Weltraum und damit in der Schwerelosigkeit konstruiert, müssen diese auch unter Weltraumbedingungen im Parabelflug getestet werden. Unter normaler Schwerkraft würde schon das Eigengewicht reichen, um die Masten bei einer Länge von vier Metern brechen zu lassen.

Von Ohrenkneifern und Libellen zum BionicWingSat

Ein weiterer „Passagier“ auf dem Parabelflug ist der BionicWingSat, ein entfaltbarer Weltraum-Flügel, der ebenfalls gemeinsam von DLR und NASA entwickelt wurde. Hier sind Insekten Vorbild, die beim Aufspannen von Flügeln keine einzelnen Elemente nutzen, sondern Systeme, in denen die einzelnen Elemente zu einem werden. Besonders die hocheffizienten faltbaren Flügel von Ohrenkneifern faszinierten die Forschenden. In puncto Stabilität nahmen sie die steifen und robusten Flügel der Libellen als Inspiration. Mit einem 3D-Druck-Fertigungsverfahren erzeugten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Weltraum-Flügelstruktur und untersuchten diese ebenfalls in der Schwerelosigkeit. Sie wollen testen, wie gut sich solche Flügel entfalten, wie flach sie gefaltet werden können und welche Kräfte auf Satelliten von ihnen ausgehen.

Bessere Verbindung zwischen Masten und Satelliten

Natürlich reichen Masten und Segel allein nicht aus, um eine entfaltbare Struktur für die Raumfahrt zu bauen. Aus diesem Grunde forscht und entwickelt das DLR immer wieder auch Entfaltungskontrollmechanismen. Diese müssen zum einen den starken Selbstentfaltungsdrang der Masten kanalisieren. Zum anderen müssen sie die Masten selbst stabil und sicher mit dem tragenden Satelliten verbinden. Über die vielen Entwicklungen fiel den Forschenden auf, dass die Stabilität an dem Punkt, an dem der Mast den Abrollmechanismus verlässt, seine Schwachstelle hat. Ausgerechnet diese Stelle ist aber am stärksten belastet. Das DLR hat hier zwei neue Konzepte entwickelt, bei denen der Mast auf ganz unterschiedliche Weise an der kritischen Stelle unterstützt wird.

Photovoltaik trifft Folie

Der Energiebedarf der Satelliten steigt stetig. Ein Großteil der Raumfahrzeuge nutzt heute als primäre Energiequelle Photovoltaik. Um als Alternative für die schwereren Ionenbatterien nutzbar zu sein, benötigen die Photovoltaikmodule immer größere Flächen, die besonders leicht und kompakt verstaubar sein müssen. Herkömmliche Module bestehen aus vielen, mit Photovoltaikzellen belegten Platten. Sie sind untereinander mit Gelenken verbunden und lassen sich für den Raumtransport aufeinander falten. Für sehr große Module kommt diese Bauweise jedoch schnell an ihre Grenzen. Die Idee der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler: Anstatt der dicken Platten wird eine dünne Folie als Trägermaterial der Photovoltaikzellen benutzt. Die Folie wird für den Raumtransport auf einen zylindrischen Kern aufgerollt und kann so platzsparend verstaut werden. Um die Folie im Orbit entfalten zu können, wird ein ebenfalls aufrollbarer Mast aus dünnem und flexiblem Kohlefaserverbundmaterial mit der Folie aufgewickelt. Der Mast verfügt über einen Entfaltungsmechanismus, der nicht nur die Entfaltung des Photovoltaikmoduls ermöglicht, sondern dieses auch wieder einfahren kann. Das ist neu. So können die Module für das Servicing, den Austausch oder für Manöver mit hohen Beschleunigungsbelastungen teilweise oder ganz eingeholt werden.

Festkörpergelenke zur Systementfaltung

Der Raum unter der Nutzlastverkleidung von Raketen ist knapp. Auch Solarflächen oder Antennen müssen vor dem Start platzsparend angelegt und fixiert werden. Nach dem Start und der Trennung von der Rakete werden die Fixierungen gelöst und die Systeme entfalten sich. Bisher werden oft Gelenke mit Scharnieren genutzt. Diese könnten durch gekrümmte, flexiblen Glasfaserbändern ersetzt werden. Die flexiblen Bänder haben den Vorteil, dass alle Funktionen in einem Element kombiniert werden: das Gelenk, der Federantrieb und das Einrasten in die Endposition. Dabei reiben keine Teile aufeinander. Mangelnde Gleitfähigkeit oder schlechte Passung sind kein Problem mehr. Das verschafft einen großen Vorteil im luftleeren Raum mit starken Temperaturschwankungen. Die Forschenden testeten das System unter Schwerelosigkeit, um Nebeneffekte auszumerzen und es noch besser zu verstehen.

Der DLR-Parabelflug

Seit 1999 organisiert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR regelmäßig Parabelflüge für biologische, humanphysiologische, physikalische, technologische und materialwissenschaftliche Fragestellungen. Das Forschungsflugzeug, der A310 ZERO-G der französischen Firma Novespace, wird jeweils ein- bis zweimal jährlich für wissenschaftliche Kampagnen des DLR, der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der französischen Raumfahrtagentur CNES genutzt. Eine DLR-Parabelflugkampagne besteht in der Regel aus drei Flugtagen mit zirka vier Flugstunden, an denen jeweils 31 Parabeln geflogen werden. Während jeder Parabel herrscht für etwa 22 Sekunden Schwerelosigkeit. Insgesamt stehen bei einer Flugkampagne etwa 35 Minuten Schwerelosigkeit – im Wechsel mit normaler und nahezu doppelter Erdbeschleunigung – zur Verfügung, die Forscher für ihre Experimente nutzen können. Bis zu 40 Wissenschaftler können an einem Flug teilnehmen, bei dem sich zwischen zehn und 13 Experimenten an Bord befinden.

Die aktuell 37. DLR-Parabelflugkampagne fand vom 14. bis zum 24. Juli 2021 ausgehend vom Flughafen in Paderborn satt. Insgesamt zehn Experimente aus den Bereichen Humanphysiologie, Biologie, Physik, Materialwissenschaften und Technologie wurden durchgeführt. Im Juni 2021 war zuvor bereits die 36. DLR-Parabelflugkampagne mit unter anderem auch einigen Technologietests für die ISS-Mission Cosmic Kiss vom Flughafen Paderborn aus gestartet.

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• Parabelflüge

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Quelle: DLR.

Es war schon eine große Halle notwendig, um die vier jeweils 13,5 Meter langen, kreuzförmig angeordneten ultraleichten Masten zu entfalten: Zwei Mal testeten die Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) bestehenden Masten (Booms) im Flugzeughangar des DLR Braunschweig. In Kooperation mit der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA sollen so entfaltbare Satellitenstrukturen entwickelt werden, die kostengünstige Kleinsatelliten in Zukunft mit entfaltbaren, miniaturisierten Strukturen für Stromversorgung, Kommunikation und Antrieb leistungsfähiger machen. Die Ergebnisse dieser Tests stellen die Forschenden nun im Rahmen der 16. ECSSMET (European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing) vor, die in diesem Jahr erstmals virtuell vom 23. bis 25. März 2021 stattfindet.

Die in Originalgröße getesteten Masten sind für ein Sonnensegel vorgesehen. Sonnensegel wandeln mit Hilfe von spiegelnden Membranen Sonnenlicht in Schub um und können als Antrieb für Satelliten genutzt werden. Die hier geplante Segelgröße von 500 Quadratmeter kann einen Schub von etwa 0,5 Gramm erzeugen (zum Vergleich: eine einzelne Erdnuss wiegt circa 1,5 Gramm). Auch wenn der Schub von 0,5 Gramm verhältnismäßig klein ist, wirkt er ohne Unterbrechung auf die Segel und kann so beispielsweise einen 25 Kilogramm schweren Kleinsatelliten innerhalb von einem Jahr auf 20.900 Kilometer pro Stunde beschleunigen. Mit diesem stetigen „Antrieb“ könnten Sonnensegel nicht nur bei heutigen Missionen zum Einsatz kommen, sondern bei entsprechender Größe der Sonnensegel sogar Missionsdauern ermöglichen, die heute noch nicht umgesetzt werden können. Dabei verfügen sie nicht nur über ein langes Zeitfenster bei ihrem Einsatz, sondern haben noch einen weiteren, entscheidenden Vorteil: Sie benötigen für ihren Antrieb kein einziges Gramm Treibstoff.

Kompakt, leicht und leistungsfähig
Mit dem Kooperationsprojekt JDSS/DCB (Joint Deployable Space Structures/Deployable Composite Boom) greifen DLR und NASA die Möglichkeiten zunehmend verfügbarer entfaltbarer Strukturen auf, die sich mit fortschreitender Miniaturisierung von Elektronikkomponenten und Sensorik bieten. Bisher konnten die verfügbaren Strukturtechnologien nicht mit der Miniaturisierung mithalten und waren für größere Systeme ausgelegt. Gerade in Bezug auf Masse, Stauvolumen und Steifigkeitsanforderungen kommen die herkömmlichen Technologien beim Einsatz auf kleinen Satelliten schnell an ihre Grenzen. Im Projekt ist das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik vorrangig für die Entwicklung einer kompakt verstaubaren und entfaltbaren Struktur für flache Kommunikations- und Radarantennen sowie Solar-Arrays zuständig, während die NASA für die Entwicklung und Herstellung der CFK-Booms zuständig ist. Gemeinsam erfolgte die Erprobung der Technologie bei den Versuchen im Braunschweiger DLR-Hangar. Langfristiges Ziel der Kooperation ist eine Mission, bei der die entwickelten entfaltbaren Strukturen im Weltall getestet werden, um so die Funktionstüchtigkeit unter realistischen Bedingungen nachzuweisen.

Schritt für Schritt zum weltraumtauglichen System
Die erfolgreich getesteten entfaltbaren Masten haben einen durch zwei omegaförmige Halbschalen geformten, geschlossenen Querschnitt. Aufgrund dieses besonderen Querschnitts weist solch ein Mast hohe Biegefestigkeiten sowie eine hohe Torsionssteifigkeit auf. Dadurch kann er sehr hohe Lasten aufnehmen, ohne zu knicken. Zudem erlaubt der Mast den Aufbau eines hocheffizienten „Rückgrats“ für das gespannte Sonnensegel. Beim Aufrollen auf einer Spindel werden die beiden Halbschalen zusammengedrückt, so dass der Mast flach wird. Für den Test wurden insgesamt vier 13,5 Meter lange Masten aufgerollt und anschließend kreuzförmig ausgerollt, so dass sie ihren omegaförmigen Querschnitt wieder einnehmen konnten und dadurch ihre mechanischen Eigenschaften zurückerhielten. „Diesen entscheidenden Vorgang des Auf- und wieder Ausrollens, konnten wir in unserem Test erfolgreich ausführen“, sagt Projektleiter Marco Straubel vom Braunschweiger DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik. „Damit haben wir bestätigt: Es ist möglich aus einer kleinen Box heraus durch die entfaltbaren Masten ein großes Sonnensegel völlig autonom aufzuspannen.“

Schon 2009 gab es im DLR erste Versuche zu entfaltbaren Masten für Satelliten. Seit 2017 arbeiten DLR und NASA im Kooperationsprojekt JDSS/DCB zusammen. Im nächsten Schritt wird die entfaltbare Konstruktion auf einem DLR-Parabelflug im Sommer 2021 unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit getestet. Im Anschluss ist das System ausreichend für den nächsten logischen Schritt qualifiziert – den Test im Erdorbit.

Die ECSSMET
Die 16. ECSSMET (European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Environmental Testing) findet vom 23. bis 25. März 2021 erstmalig virtuell statt. Konstrukteure, Analysten und Testingenieure von Weltraumstrukturen setzen sich in diesem Jahr nicht nur mit neuen Subsystemen auseinander, sondern erörtern auch die Themen, die in naher Zukunft eine wichtige Rolle in der Raumfahrt spielen werden: effizientere Trägerraketen, 3D-Druck im Orbit und Wiedereintrittsvorhersagen für Weltraumschrott. Sie wird alle zwei Jahre im Wechsel von der ESA, CNES und dem DLR organisiert.

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• Sonnensegel

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Erstellt von Viktoria Schöneich. Quelle: NASA.

Nachdem das Space Launch System (SLS) der NASA bereits im Oktober das Critical Design Review (CDR) bestand, welches einen großen Meilenstein in der Entwicklung darstellt, stellte sich nun die Frage nach der Nutzlast, die bereits 2018 im Rahmen der Exploration Mission 1 (EM-1) ins All starten soll. Die primäre Nutzlast ist das unbemannte Orion-Raumschiff. Es soll den Mond umrunden, wieder sicher auf der Erde landen und als Vorbereitung für einen späteren bemannten Flug dienen, der 2023 durchgeführt werden soll. Geplant ist außerdem, bei dieser Gelegenheit eine Anzahl kleinerer Nutzlasten ins Weltall zu befördern.

Beim Start eines Trägers werden häufig sekundäre Nutzlasten transportiert, die „piggyback“ (Huckepack) neben der deutlich größeren Primärnutzlast mitfliegen. Diese sehr preisgünstigen Startplätze werden immer öfter von CubeSats belegt, die beispielsweise im Rahmen universitärer Forschung und Ausbildung eingesetzt werden. CubeSats sind Nanosatelliten mit genormter Größe. Die grundlegende Größe sind so genannte Units (10x10x10 cm³). Üblich sind heutzutage CubeSats in der Größe von 1-3 Units. Bisher galt diese Klasse von Satelliten eher als Betätigungsfeld von kleineren Institutionen oder gar Privatpersonen, die vor allem im niedrigen Erdorbit (LEO) eingesetzt werden. Nun wird ihr Potential von den großen Raumfahrtagenturen entdeckt und in sehr ambitionierte Missionen eingebunden, die die kleinen Raumschiffe auch jenseits der Erdumlaufbahn führen sollen. Einige dieser Missionen sollen nun im Rahmen der EM-1 gestartet werden.
13 CubeSats mit jeweils 6 Units sollen 2018 zusammen mit Orion auf Reise gehen. 7 davon gab die NASA Anfang Februar bekannt:

BioSentinel
BioSentinel wird die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf Hefebakterien messen und daraus Erkenntnisse auf die Wirkung von Weltraumstrahlung auf lebende Organismen ableiten. Hierbei wird die Zerstörung von DNA durch Weltraumstrahlung sowie ihre Wiederherstellung durch den Organismus detektiert. Der CubeSat wird in einen heliozentrischen Orbit befördert, der sich etwas näher an der Sonne (0,92-0,98 AE) als der Erdorbit befindet. Die gemessenen Werte der Strahlung werden mit physikalischen Strahlungsmessungen per Dosimeter verglichen.

CuSP

Der CubeSat to study Solar Particles, kurz CuSP, wird in einen heliozentrischen Orbit einschwenken und solare Strahlung vermessen. Man erhofft sich durch die gewonnenen Daten ein besseres Verständnis für das Weltraumwetter, um schließlich die Vorhersage von Sonnenstürmen zu ermöglichen. Aufgrund ihrer geringen Kosten wäre es möglich, viele von ihnen an verschiedenen Orten um die Sonne zu platzieren, was die räumliche Datenbasis deutlich vergrößern würde.

LunaH-Map
LunaH-Map soll nach Wassereisvorkommen und deren Tiefe und Verteilung suchen. Dies wird mit Hilfe eines Neutronendetektors passieren, der die Energie auftreffender Neutronen messen und somit auf die Anwesenheit von Wasserstoff schließen kann.

Lunar Flashlight
Lunar Flashlight wird, ähnlich wie LunaH-Map, nach Wassereisvorkommen und flüchtigen Elementen auf dem Mond suchen. Die Suche konzentriert sich hier ebenfalls auf den Südpol. Hierfür wird ein Infrarotlaser eingesetzt, der die dunklen Partien des Südpols beleuchtet. Ein an Bord befindliches Spektrometer misst dann die Zusammensetzung an dieser Stelle. Lunar Flashlight wird laut NASA der erste CubeSat sein, der so genannte Green Propellants verwendet, also eine Treibstoffklasse, die deutlich weniger aggressiv zu Mensch und Umwelt ist als beispielsweise Hydrazin.

Lunar IceCube
Lunar IceCube widmet sich ebenfalls dem Mond; wie der Name bereits vermuten lässt, soll nach Wassereis und flüchtigen Stoffen gesucht werden. Dies soll späteren bemannten Missionen zugute kommen, die die Ressourcen vor Ort nutzen könnten. Ebenso ambitioniert wie die wissenschaftlichen Ziele dieser Mission ist jedoch die technische Umsetzung: um auf den niedrigen Mondorbit von lediglich 100 km Höhe zu kommen, muss ein Ionentriebwerk, das derzeit von Busek entwickelt wird, den benötigten Geschwindigkeitsbedarf aufbringen. Charakteristischerweise hat ein elektrisches Triebwerk allerdings einen solch geringen Schub, dass sich der Einschuss in die Mondumlaufbahn über mehrere Monate hinweg ziehen wird und sich zusätzlich der Gravitation von Erde, Sonne und Mond bedienen muss.

NEA Scout

Der NEA Scout soll sich einem erdnahen Asteroiden (NEA) nähern, der ähnliche Charakteristiken aufweist wie die Klasse von NEAs, die als Landestellen für bemannte Missionen infrage kommen. Momentanes Ziel ist der Asteroid 1991 VG. Mit Hilfe einer Multispektralkamera sollen Fragen zu Zusammensetzung, Ressourcen, Oberflächeneigenschaften, Umgebung sowie Orbit und Rotation des Asteroiden beantwortet werden. Der Antrieb von NEA Scout wird nicht mit einem Triebwerk, sondern mit einem Sonnensegel erfolgen. Erste Entfaltungstests mit einem Sonnensegel der halben Größe verliefen bereits erfolgreich.

SkyFire
Der von Lockheed Martin gebaute SkyFire wird den Mond umrunden und mithilfe von bildgebenden Techniken einen Teil der Mondoberfläche untersuchen. Dies hat den Zweck, neue Technologien für künftige CubeSat-Missionen zu erproben und so genannte Strategic Knowledge Gaps (SKG) zu schließen. Letzteres ist notwendig, um die Risiken für spätere bemannte Missionen durch Aufklärung zu minimieren, ihre Effizienz zu erhöhen und ein besseres Design zu ermöglichen. Nachdem SkyFire diese Missionsziele erfüllt hat, wird es sich auf seiner weiteren Reise SKGs widmen, die Effekte betreffen, die beim Transit von der Erde zum Mars auftreten.

3 weitere Plätze wurden im Rahmen der Cube Quest Challenge der NASA ausgeschrieben und sollen sich vorrangig auf die Erprobung von Antrieben und Kommunikationsmöglichkeiten konzentrieren. Die restlichen 3 Plätze werden an internationale Partner der Agentur vergeben.

Mit diesen bekannt gegebenen Missionen wird das Potential von CubeSats stark erweitert. Auffällig ist insbesondere, wie viele neue Technologien für die Missionen getestet und somit zukünftigen CubeSats zur Verfügung stehen werden. Insbesondere Antriebe sind bei der überwältigenden Mehrheit der bisher ins All transportierten Nanosatelliten nicht vorhanden. Die Erprobung der neuen Antriebe eröffnet somit neue Möglichkeiten für nachfolgende CubeSats. Aber auch die Miniaturisierung wissenschaftlicher Instrumente bietet ein großes Potential für kommende Missionen.

Dass Nanosatelliten nun auch für die Forschung außerhalb der Erdumlaufbahn genutzt werden, eröffnet die Möglichkeit, preisgünstige Planetenmissionen im CubeSat-Format durchzuführen. Man darf hoffen, dass durch den reduzierten Preis in Zukunft deutlich öfter Raumschiffe zur Erforschung des Sonnensystems gestartet werden. Zwar werden die Miniaturmissionen voraussichtlich auch in Zukunft die großen Raumsonden nicht ersetzen, allerdings können sie für Pioniermissionen genutzt werden, die einen anschließenden effektiveren und sichereren Einsatz von großen Raumsonden und bemannten Missionen erlauben.

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• EM-1 Mission Orion auf SLS
• CubeSats – Erschwingliche Satelliten (?)

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA, University of Surrey, DLR.

Die Segeltechnik dient im All grundsätzlich zwei Zielen. Einerseits möchte man den Sonnenwind nutzen, um mit weniger Treibstoff an Bord eines Satelliten auch entferntere Ziele im Sonnensystem zu erreichen. Da kann so ein Segel nicht groß genug sein. Andererseits kann man mit einem Segel den Widerstand der Restatmosphäre in bis zu 600 Kilometer für einen schnelleren Absturz eines ausgedienten Satelliten nutzen. Weil ein solches Segel zwar der Weltraumhygiene, aber nicht dem eigentlichen Missionsziel dient, darf es nicht zu viel Masse und – im verpackten Zustand – Volumen mitbringen. Es soll ferner möglichst kostengünstig und vor allem robust sein, weil das Entpacken ja erst nach, sagen wir mal, 15 Jahren funktionieren muss.

Mit Mitteln aus dem Advanced Research in Telecommunications Systems Programm (ARTS) der Europäischen Weltraum-Agentur ESA hat das Zentrum für Weltraumwissenschaften der University of Surrey ein De-Orbit-Segel entwickelt, welches nun Reif für einen Praxistest erscheint. Es ist ein sogenanntes Gossamer-Segel, welches sich über vier Karbon-Ausleger zu einer quadratischen Segelfläche aufspannt. Im verpackten Zustand hat das Segelmodul Außenmaße von 15 mal 15 mal 25 Zentimeter und wiegt 2 Kilogramm. Würde man die Satelliten mit dem Bordtriebwerk abbremsen wollen, würde der zusätzliche benötigte Treibstoff die zehnfache Masse des Segel-Moduls ausmachen. Innerhalb einer Minute soll ein Segel von 5 mal 5 Metern aufgespannt werden, ausreichend, um Satelliten mit bis zu 700 Kilogramm Masse nennenswert abzubremsen und so schneller aus ihrer Umlaufbahn in Richtung Erde zu lenken. Die Segelfläche besteht aus wenigen Mikrometer starkem, aluminiumbeschichtetem Kapton, eine Hochleistungskunststofffolie von DuPont.

Die Segel-Technologie ist eine der Optionen, mit der die Europäische Weltraum-Agentur ESA ihrer Selbstverpflichtung aus dem Jahr 2008 nachkommen möchte, stillgelegte Satelliten bis in 750 Kilometer Höhe innerhalb von 25 Jahren aus ihrer Umlaufbahn zu holen. Mit einem solchen Zeitbedarf muss man laut ESA beim Segel-De-Orbit durchaus rechnen. Ohne Segel blieben Satelliten in 750 Kilometer Höhe mitunter jedoch über 100 Jahre eine Gefahr.

In Surrey hofft man jetzt auf eine Mitflug-Gelegenheit eines Demonstrationssatelliten in den Weltraum bis Ende 2014. Im Orbit wird man nach erfolgreichem Aufspannen zunächst zwei bis drei Wochen die Nutzung als Sonnenwind-Segel testen. Danach wird der Demonstrationssatellit gedreht, um den Atmosphären-Widerstand zu maximieren. Innerhalb von zwei bis zwölf Monaten soll das Objekt dann in die dichtere Erdatmosphäre eintreten und verglühen. Sonnenwind ist eine Möglichkeit, ausgediente Satelliten aus höheren Flugbahnen zunächst in niedrigere zu holen und dann mit Hilfe der Restatmosphäre ab etwa 600 Kilometer Höhe weiter abzubremsen.

Bleibt zu ergänzen, dass man auch bei Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammen mit der ESA an Weltraumsegeln arbeitet, hier aber primär mit Zielrichtung Fernmissionen. Das Projekt „DLR-ESA Gossamer“ sieht 2015 (Stand April 2013) den Start von Gossamer-1 mit Entfaltung eines 5 mal 5 Meter großen Segels in einer Erdumlaufbahn von 320 Kilometern vor. Erfolg vorausgesetzt, ist 2017 Gossamer-2 zur Demonstration eines 20 mal 20 Meter messenden Sonnensegels in einer Höhe von 500 Kilometer Höhe geplant. Die Mission Gossamer-3 wird noch anspruchsvoller und 2019 ein Segel von 50 mal 50 Metern in einer Höhe von über 10.000 Kilometern entfalten. Der zugehörige Segelcontainer wird eine Masse von rund 80 Kilogramm und ein Volumen von 100 mal 100 mal 100 Zentimetern haben.

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• Sonnensegel

Der Beitrag Europäisches De-Orbit-Segel – erster Test noch 2014? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: Space.com, NASA.

Dabei ist zu beachten, dass die Öffnung unter irdischen Schwereverhältnissen stattfand, also unter schwierigeren Bedingungen als im Weltraum. Der Sunjammer ist der bisher größte Sonnensegler, der in den Weltraum gebracht wird. Seine Größe liegt bei 1200 Quadratmetern, trotzdem wiegt er nur 32 Kilogramm. Das verwendete Material ist der Kunststoff Kapton mit einer Stärke von einem fünfmillionstel Meter. Dementsprechend vorsichtig mussten die Ingenieure beim Test sein. Der Segler transportiert bei seinem Flug eine Nutzlast von 80 Kilogramm mit einem Schub von 0,01 Newton etwa drei Millionen Kilometer in den Weltraum. Das Gerät soll dann an einem der Lagrangepunkte anhalten und dort Position beziehen. Die Steuerung erfolgt über äußere, kleinere Segel.

Der Sunjammer ist nicht der erste Sonnensegler, der ins Weltall gebracht wird. Bereits 2011 hat die NASA die Nanosail-D-Mission durchgeführt. Die Größe des Segels betrug bei dieser Mission nur etwas über neun Quadratmeter. Bereits 2010 brachten die Japaner die Sonde Ikaros ins All, die mit einem Segler mit einer Fläche von 173 Quadratmetern angetrieben wird.

Für Sonnensegler lassen sich aber noch weitere Anwendungsmöglichkeiten denken. So könnte man Satelliten damit ausrüsten, die das Sonnensegel am Ende ihrer Lebensdauer entfalten und damit ihre Geschwindigkeit so reduzieren, dass sie in der Atmosphäre zur Vermeidung von Weltraumschrott verglühen.

Sonnensegler (auch Solarsegler genannt, im Englischen: solar sail propulsion, kurz ssp) wie Sunjammer nutzen den Strahlungsdruck der Sonne um zu beschleunigen. Dieser ist allerdings sehr gering. Daher müssen die Flächen möglichst groß und die Gerate mögllichst leicht sein. Der Name „Sunjammer“ stammt von einer Kurzgeschichte des ScienceFiction-Autors Arthur Charles Clarke. Für Sonnensegler wie Sunjammer ist dies eine der ersten Reisen, für einen Teil der Fracht die letzte: An Bord ist auch die Asche des Filmemachers Gene Roddenberry (Star Trek, gestorben 1991) und seiner 2008 verstorbenen Frau.

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• Das Sunjammer Projekt
• Sonnensegel

Der Beitrag Sunjammer: Klar zum Ablegen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA Bulletin 153, ScienceDaily, ERR News. Vertont von Peter Rittinger.

Die Idee erinnert an ein Sonnensegel, nutzt aber nicht den Strahlungsdruck des Sonnenlichtes zur Fortbewegung, sondern die elektrischen Kräfte der geladenen Teilchen des Sonnenwindes. Sternförmig um eine Raumsonde ausgebrachte Kupferdrähte werden elektrisch aufgeladen und stoßen gleichgeladene Plasmateilchen ab. Die Sonde bekommt dadurch einen Impuls.

Mit ESTCube-1 soll die theoretisch erwartete Kraft erstmals im Experiment nachgewiesen werden. Der Satellit wird mit dem im April 2013 geplanten Start Vega VV02 ins All gebracht und soll dort einen etwa 10 Meter langen Draht ausbringen, der durch die Zentrifugalkräfte der sich drehenden Mini-Sonde straff gehalten wird. Der Draht wird dann positiv aufgeladen. Die Drehgeschwindigkeit von ESTCube-1 müsste sich verändern. Das Experiment wird im laufenden Jahr mit dem finnischen Satelliten Aalto-1 wiederholt. Dieser wird einen Draht von 100 Metern Länge mitführen.

Für zukünftige Anwendungen wird in zwei Richtungen gedacht. Außerhalb des irdischen Magnetfeldes herrscht ein schneller Sonnenwind. Hier könnten künftige Satelliten mit Hilfe eines E-Sail nahezu kostenlos durch das Sonnensystem segeln. Dabei muss man in großen Dimensionen denken. Bis zu 100 Drähte von 20 km Länge sind für ein vollwertiges Segel notwendig.

Im erdnahen Bereich und seinem abgeschwächten Sonnenwind könnte man mit einem E-Sail ausgediente Satelliten abbremsen und zu einem kontrollierten Absturz bringen. Diese Art der Weltraummüllvermeidung wird auch mit konventionellen Sonnensegeln getestet und wäre einfacher und günstiger als die bislang für diesen Zweck notwendige Treibstoffbevorratung. Die Nutzungsdauer der Satelliten wäre länger. Für Nano-Satelliten wäre die Anwendung ideal. Nach Abschluss der Messungen wird man das auch mit ESTCube-1 versuchen zu demonstrieren.

Mit drahtgebundenen Experimenten hatte die Raumfahrt bislang wenig Glück. Häufig rissen die Drähte oder ihre Ausbringung schlug fehl. Aus diesen Erfahrungen will man gelernt haben. Das bislang größte technische Problem war die Herstellung eines Strangs aus 25 bis 50 Mikrometer dünnen Einzelfäden. Diese werden im Zentimeterabstand ultraschall-verschweißt. Ein Einzeldraht würde durch Beschuss von Mikrometeoriten schnell zerstört, für derartige Stränge werden die Überlebenschancen erheblich besser eingeschätzt.

Die theoretischen Überlegungen zum E-Sail gehen auf den Finnen Dr. Pekka Janhunen zurück, der das Konzept bereits 2006 am finnischen Weltraumzentrum in Helsinki entwickelte. Heute sind neun Institute in fünf EU-Länder an der Forschung beteiligt. Für Estland ist es zugleich eine Empfehlung für den Beitritt zur ESA.

Diskussion im Raumcon-Archiv:

• Konzepte und Perspektiven

Der Beitrag Drahtlos war einmal – E-Sail-Experiment aus Estland erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA.

Aus diesem könnte die Raumsonde in einigen Monaten erwachen, wenn die Solarzellen am Sondenkörper wieder in einem günstigeren Winkel zur Sonne stehen. In den letzten Monaten war bereits die Datenrate der Informationsübertragung aufgrund der großen Entfernung zur Erde und des Energiemangels beträchtlich gesunken.

Zum Jahreswechsel hatte IKAROS eine Entfernung von knapp 140 Millionen Kilometern von der Sonne, war von der Erde 235 Millionen und von der Venus, die sie Mitte Dezember 2010 passierte, 237 Millionen Kilometer entfernt. Die Sonde mit aufgespanntem Sonnensegel rotiert um die Längsachse, was zu einer stabilen Lage im Raum führt, die auch durch Energiemangel nicht verlorengehen sollte.

Der Sonnensegeldemonstrator IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), benannt nach dem legendären Ikarus, startete am 21. Mai 2010 zusammen mit zwei weiteren Raumsonden und drei kleinen Erdsatelliten ins All und wurde auf eine Flugbahn in Richtung Venus gebracht.

Anfang Juni wurde das Sonnensegel in mehreren Etappen durch die Fliehkraft von vier Pilotmassen aus dem rotierenden Sondenkörper herausgezogen und am 10. Juni entfaltet. Seitdem wirkte der Lichtdruck der Sonne zur Beschleunigung der Sonde, allerdings mit sehr geringer Kraft um 1 Millinewton. Außerdem generierten Solarzellen, die einen kleinen Teil des 173 m² großen Segels bedecken, etwas zusätzliche elektrische Energie. 8 Staubdetektoren maßen die Dichte interplanetarer Partikel im inneren Sonnensystem und ein weiterer spezieller Detektor hatte Gammastrahlungsblitze erfasst. Ein neuartiges Messsystem zur Ermittlung der Entfernung der Sonde zu Erde und Venus funktionierte ebenfalls und zwei Mitte Juni ausgesetzte Kamerasonden hatten Bilder vom entfalteten Sonnensegel zur Sonde übertragen. Von dort aus wurden sie zur Erde übermittelt. Damit war die Mission bereits vor mehr als einem Jahr ein hundertprozentiger Erfolg.

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Raumcon:

• IKAROS (ab Juli 2008)

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Nanosail D2 war am 20. November 2010 gemeinsam mit 7 anderen Kleinsatelliten an der Spitze einer Minotaur 4 von Kodiak Island in Alaska (USA) aus ins All gestartet. Er befand sich im Inneren des Satelliten FASTSat, dessen Öffnungsmechanismus zunächst nicht funktionierte. Erst am 20. Januar wurde Nanosail-D2 etwas überraschend ausgeworfen und entfaltete sich anschließend planmäßig.

Monatelang konnte er sowohl von NASA-Wissenschaftlern als auch von Amateur-Satellitencracks rund um den Globus beobachtet und seine Bahn vermessen werden. Ende November trat der nur 4 kg schwere Satellit schließlich in die dichten Schichten der Erdatmosphäre ein und verglühte restlos.

Ziel der Mission unter Leitung des Marshall Space Flight Center der NASA war es, das Verhalten des Satelliten möglichst genau zu studieren und damit dessen Fähigkeit, Bahnabsenkungen durch Lichtdruck und Luftwiderstand zu beschleunigen zu verifizieren. Nanosatelliten mit großen Sonnensegeln gelten als eine Möglichkeit, Weltraumschrott aus Erdumlaufbahnen schneller abstürzen zu lassen.

Die Mission erbrachte eine Fülle von Daten über das Verhalten derart passiver Geräte mit großer Oberfläche und geringer Masse. Erste Auswertungen lassen vermuten, dass die zuvor geschaffenen theoretischen Modelle grundlegend korrekt waren. Die genauen Wechselwirkungen zwischen Satellit, oberer Erdatmosphäre und Sonne hängen aber sehr stark von der Sonnenaktivität, dem Anstellwinkel des Segels und der Dichte der oberen Atmosphäre ab. Diese wiederum wird ebenfalls durch die Sonnenaktivität beeinflusst.

Die NASA hatte auf www.nanosail.org zu einem Fotowettbewerb aufgerufen und dafür kleine Preise ausgelobt.

Raumcon:

• STPSat 2 und weitere Satelliten auf Minotaur 4

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: SpaceFlightNow, SpaceRef.

Dabei handelt es sich um die Demonstration der Funktion eines großen Sonnensegels als Langzeitantrieb, den Test einer sehr genauen Atomuhr zur Verbesserung der Navigation in großer Entfernung von der Erde und die Erprobung eines schnellen Laser-Kommunikationssystems.

Sonnensegel sind hauchdünne und sehr leichte Folien, die erst im All entfaltet werden und das Licht der Sonne einseitig reflektieren. Dabei wirkt, wie bei einem Schiffssegel auf der Erde, ein gewisser Druck, der allerdings durch das Licht der Sonne verursacht wird und der ungleich kleiner ist, als der Druck, der durch den Wind auf der Erde entsteht. Die Kraft, die dadurch auf ein Raumfahrzeug wirkt, liegt selbst kein großen Segeln unter 1 N (Newton). Bisherige Versuche scheiterten oft daran, dass sich das Segel nicht korrekt entfaltete. Einen kompletten Erfolg konnte aber die japanische Raumfahrt vermelden, als sich im letzten Jahr das Segel der Raumsonde IKAROS planmäßig entfaltete.

Bei der Navigation im tiefen Weltraum können keine Daten von Navigationssystemen auf der Erde verwendet werden. Positions- und Zeitangaben von Raumsonden sind daher immer mit einem gewissen Fehler behaftet. Mittels einer neuen Atomuhr mit hoher Ganggenauigkeit, die auch unter Weltraumbedingungen über lange Zeit sehr gut funktioniert, könnte man diese Situation ändern. Damit ließen sich Anflüge kosmischer Ziele in unserem Sonnensystem präziser und treibstoffsparender durchführen.

Bisher wird zur Kommunikation zwischen Erde und Raumfahrzeug oder zwischen zwei Raumfahrzeugen fast immer Funk verwendet. Dieser kann durch Wirkungen der Sonne gestört werden, was Auswirkungen auf die Datenrate hat. Mit Hilfe von Laserstrahlen ließe sich die Datenübertragungsgeschwindigkeit deutlich steigern. In Deutschland wird diese Kommunikation als Schlüsseltechnologie angesehen, weshalb auf diesem Gebiet auch seit Jahren geforscht und getestet wird. Auch an der Außenseite der Internationalen Raumstation wurde vor wenigen Tagen eine bewegliche Einheit montiert, mit der Kommunikation mit Bodenstationen über Laser ermöglicht wird.

Die drei geplanten Missionen sollen im Zeitraum 2015/16 durchgeführt werden. Sie sollen als kleine Zusatznutzlasten bei bereits geplanten Missionen mitfliegen. Als Kostenrahmen sind für die Sonnensegeldemonstration 20 Millionen US-Dollar vorgesehen, für den Atomuhrentest 60 Millionen und für das Laser-Kommunikationssystem 170 Millionen US-Dollar. Abhängig sind die drei Zukunftsprojekte allerdings von einer ausreichenden Budgetierung der NASA in den nächsten Jahren.

Raumcon:

• NASA-Thread ab heute
• Russisches Laserkommunikationsterminal auf ISS

Verwandte Seite:

• Laser Communication Terminal (Seite in der deutschen Wikipedia)

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: NASA.

Der Auswurf des kleinen Satelliten geschah spontan, ohne Zutun der Bodenstation. Entdeckt wurde der verspätete Erfolg bei der Überprüfung der Telemetriedaten des Muttersatelliten FASTSat (Fast Affordable Scientific and Technology Satellite). Mittlerweile haben Funkamateure das Signal von Nanosail D2 empfangen.

Nun sind die Mitglieder des Entwicklerteams zuversichtlich, dass der Nanosatellit seine Aufgabe doch noch erfüllen wird. Mit dem Auswurf begann ein dreitägiger Countdown, nach dessen Ablauf sich ein etwa 12 Quadratmeter großes Polymersegel entfalten soll.

Zwei Ziele der FASTSat-Mission sind das erfolgreiche Aussetzen eines Nanosatelliten aus einem Minisatelliten sowie das Entfalten des Sonnensegels. Derartige Segel könnten in Zukunft sowohl als treibstoffunabhängiger Antrieb als auch als Bremse für Weltraummüll verwendet werden, die helfen, gefährliche Teile schneller in die Erdatmosphäre zu steuern.

An Bord von FASTSat befinden sich 5 weitere kleine wissenschaftlich-technische Experimente. FASTSat war am 20. November 2010 gemeinsam mit 5 anderen Kleinsatelliten und 2 Nutzlastattrappen auf einer Minotaur-4-Trägerrakete ins All gestartet.

Raumcon:

• STPSat 2 und weitere Satelliten auf Minotaur 4

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA, Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Bei der Passage in etwa 80.000 Kilometern Entfernung wurde die Bahn durch die Gravitation des Planeten um rund 20 Grad abgelenkt. Ikaros verfügt aber über keinerlei Messgeräte zur Untersuchung der Venus. Forschungsziele der Raumsonde sind die Erprobung eines neuen Sonnensegels, Energiegewinnung über Dünnschichtsolarzellen auf dessen Oberfläche, Detektion von Staubpartikeln und Gammastrahlungsausbrüchen in den Tiefen des Alls sowie die Erprobung eines Messverfahrens für Entfernungen und Geschwindigkeiten über Funkwellen.

Der Sonnensegeldemonstrator IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), benannt nach dem legendären Ikarus, startete am 21. Mai 2010 zusammen mit zwei weiteren Raumsonden und drei kleinen Erdsatelliten ins All und wurde auf eine Flugbahn in Richtung Venus gebracht.

Anfang Juni wurde das Sonnensegel in mehreren Etappen durch die Fliehkraft von vier Pilotmassen aus dem rotierenden Sondenkörper herausgezogen und am 10. Juni entfaltet. Seitdem wirkte der Lichtdruck der Sonne zur Beschleunigung der Sonde (ca. 1,1 mN). Außerdem generierten Solarzellen, die einen kleinen Teil des 173 m² großen Segels bedecken, zuverlässig elektrische Energie. 8 Staubdetektoren maßen die Dichte interplanetarer Partikel im inneren Sonnensystem und ein weiterer spezieller Detektor hat Gammastrahlungsblitze erfasst. Ein neuartiges Messsystem zur Ermittlung der Entfernung der Sonde zu Erde und Venus funktioniert ebenfalls und zwei Mitte Juni ausgesetzte Kamerasonden haben Bilder vom entfalteten Sonnensegel zur Sonde übertragen. Von dort aus wurden sie zur Erde übermittelt. Damit ist die Mission ein hundertprozentiger Erfolg.

Raumcon:

• IKAROS

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: SFN. Vertont von Peter Rittinger.

Die NASA gab bekannt, dass NanoSail-D2 am Montag von FASTSAT (Fast, Affordable, Science and Technology Satellite) getrennt werden sollte. Nach drei Tagen sollte dann, durch einen Timer bestimmt, das ungefähr 10 Quadratmeter große Sonnensegel entfaltet werden. Es wurde jedoch befürchtet, dass dabei irgendetwas schief gegangen sein musste. Denn seit der geplanten Freigabe kann die Bodenstation keinen Kontakt mehr zu NanoSail-D2 herstellen.

Der Auswurf durch FASTSAT wurde zuerst sogar positiv bestätigt, jedoch wurde nach den anschließenden Überflügen von NanoSail-D2 kein Signal empfangen. Deshalb wird mittlerweile davon ausgegangen, dass NanoSail-D verloren ist.

Der Technologieerprobungssatellit war am 19. November an Bord einer Minotaur 4 von Kodak, Alaska, aus gestartet worden. Dabei waren auch noch einige andere Satelliten ins All gebracht worden (Raumfahrer.net berichtete).

NanoSail-D2 ist bereits der zweite Satellit seiner Art. Am 3. August 2008 war von Omelek aus eine Falcon 1 gestartet worden, erreichte jedoch keinen Erdorbit, da bei der Stufentrennung die erste und die zweite Stufe kollidierten. Dadurch ging der Satellit NanoSail-D verloren. Nach diesem Misserfolg begannen Techniker das Reservemodell für einen Start herzurichten.

Der CubeSat NanoSail-D2 sollte mit seinem Sonnensegel die Fortbewegung mit diesem erproben. Sie liefern Schub, weil Teilchen aus der Sonne auf die Oberfläche des Segels treffen. Dieser ist zwar nicht besonders hoch, aber sie können kleinere Sonden in größeren Zeiträumen durch das Sonnensystem transportieren. Der Testsatellit sollte zwischen 70 und 120 Tagen im All bleiben und dann verglühen.

Raumcon:

• STPSat 2 und weitere Satelliten auf Minotaur 4

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA. Vertont von Peter Rittinger.

Aktiviert wurde das System bereits am 13. Juli, wie die japanische Raumfahrtbehörde JAXA am 23. Juli berichtete. Während der Rotation wurden die insgesamt 8 Zonen mit derartigen LCD-Reflektoren reihum ein- bzw. ausgeschaltet, so dass die Reflexion jeweils auf der einen Hälfte diffus und auf der anderen direkt war. Daraus ergab sich zum einen ein minimales Drehmoment, welches die Ausrichtung des langsam rotierenden Sonnensegels veränderte und zwar um etwa 0,2 Grad pro Tag. Der über Seile und Kabel mit dem Segel verbundene Zentralkörper änderte seine Ausrichtung ebenfalls.

Zum zweiten gerieten Sonnensegel und Sonde durch die ständig wechselnden Kräfte und die nachfolgende Ausrichtung des Sondenkörpers nicht in Vibration. Die Kräfte sind allerdings sehr gering und liegen im Bereich einiger Mikronewton. Wie die JAXA betonte, wurde weltweit erstmals ein derartiges Verfahren zur Steuerung einer Sonde eingesetzt.

Der Sonnensegeldemonstrator IKAROS (Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun), benannt nach dem legendären Ikarus, startete am 21. Mai 2010 zusammen mit zwei weiteren Raumsonden und drei kleinen Erdsatelliten ins All und wurde auf eine Flugbahn in Richtung Venus gebracht. Anfang Juni wurde das Sonnensegel durch die Fliehkraft von vier Pilotmassen aus dem rotierenden Sondenkörper herausgezogen und am 10. Juni entfaltet. Seitdem wirkt der Lichtdruck der Sonne zur Beschleunigung der Sonde (ca. 1,1 mN). Außerdem generieren Solarzellen, die einen kleinen Teil des 173 m² großen Segels bedecken, zuverlässig elektrische Energie. 8 Staubdetektoren messen die Dichte interplanetarer Partikel im inneren Sonnensystem und ein spezieller Detektor hat Anfang Juli seinen ersten Gammastrahlungsblitz erfasst. Ein neuartiges Messsystem zur Ermittlung der Entfernung der Sonde zu Erde und Venus funktioniert ebenfalls und zwei Mitte Juni ausgesetzte Kamerasonden haben Bilder vom entfalteten Sonnensegel zur Sonde übertragen. Damit ist die Mission bereits jetzt ein hundertprozentiger Erfolg.

Raumcon:

• Ikaros

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: JAXA. Vertont von Peter Rittinger.

Dies gab die Raumfahrtbehörde JAXA vor einigen Tagen bekannt. Der Burst wurde bereits am 7. Juli festgestellt und mit dem GAmma-ray burst Polarized light detector (GAP) nachgewiesen. Er ist zylindrisch mit jeweils 17 cm Höhe bzw. Durchmesser und hat eine Masse von 3,7 kg. GAP soll erstmals nicht nur derartige Ausbrüche feststellen, sondern auch die Polarisation der empfangenen Gammastrahlung messen. Dies gelingt aber nur, wenn der Burst auf der durch das Sonnensegel abgedunkelten Seite auftritt. Dies war beim Strahlungsausbruch am 7. Juli allerdings nicht der Fall. Die erstmalige Verwendung eines Polarimeters bei der Suche nach Gammastrahlungsausbrüchen soll zu Aussagen über die magnetische Struktur und die Mechanismen der Strahlungsemission bei Gamma Ray Bursts beitragen.

Gammastrahlungsausbrüche oder Gamma Ray Bursts (GRB) treten auf, wenn größere Sterne am Ende ihrer Existenz zur Supernova werden oder Neutronensterne kollidieren. Dabei werden riesige Energiemengen frei, die zu einem sehr kurzzeitigen aber drastischen Anstieg der Gammastrahlung, die von dem Objekt ausgesandt wird, führen. Allerdings wird dieser Gammablitz nur entlang einer Geraden abgestrahlt. Da Gammastrahlung durch die irdische Atmosphäre verändert wird, werden GRB mit Hilfe von Weltraumteleskopen detektiert. Der 2004 gestartete NASA-Satellit Swift ist hierbei besonders erfolgreich und hat vor wenigen Monaten seinen 500sten GRB gemessen.

Ikaros hat nun also seinen ersten Burst gefunden. In den folgenden Monaten erwartet man weitere derartige Ereignisse, von denen etwa ein Fünftel aus der für die Feststellung der Polarisation notwendigen Richtung kommen sollte.

Der Hauptzweck der am 21. Mai gestarteten Sonde Ikaros ist die Erprobung eines 173 m² großen Sonnensegels. Dieses konnte am 10. Juni erfolgreich entfaltet werden. Seitdem übt der Strahlungsdruck der Sonne eine Kraft auf die Sonde aus, die bei späteren Missionen zum Antrieb genutzt werden soll. Gegenwärtig rotiert Ikaros mit etwa 1,8 Umdrehungen pro Minute und soll in den nächsten Tagen erstmals seine besondere Steuerung einsetzen. Dazu befinden sich spezielle LCD-Reflektoren am Rand des Segels. Werden sie auf einer Seite mit einer Spannung versorgt, reflektieren sie das einfallende Licht nicht mehr direkt sondern diffus. Dadurch ist die Kraft, die auf diesen Bereich des Segels wirkt, geringer als auf der anderen Seite, das Segel ändert seinen Anstellwinkel. Diesem folgt der über Kabel und Seile mit dem Segel verbundene Zentralkörper der Raumsonde. Bisher hat man übrigens bei einem Neigungswinkel um 20° auf die Raumsonde wirkende Beschleunigungskräfte um 1,12 mN gemessen.

Erfolgreich geprobt wird auch die Energiegewinnung mittels Dünnfilmsolarzellen, die einen Teil des Sonnensegels bedecken. Hier soll bei Nachfolgemissionen Energie für ein elektrisches Antriebssystem gewonnen werden. Zur wissenschaftlichen Forschungsausrüstung von Ikaros gehören zudem acht piezoelektrische Detektorfilme, mittels derer man die Staubverteilung im inneren Sonnensystem näher erkunden will sowie ein System, mit dem man über Interferometrie eines einfachen Funksignals Abstandsmessungen über weite Distanzen vornehmen will, ohne dass man hierzu eine aktive Gegenstelle benötigt (Very Long Baseline Interferometer Experiment).

Raumcon:

• Gamma Ray Bursts
• Ikaros
• Swift

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