Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 25. Januar 2024.

25. Januar 2024 – Ein neues Teleskop ist seit Januar 2024 auf dem Hubland-Campus der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Betrieb. Ein studentisches Team entwickelt damit KI-Algorithmen für Kleinsatelliten, um Kollisionen mit Weltraumschrott im Orbit effizienter als bislang zu verhindern. Das Fernziel: Die Satelliten sollen mittels einer intelligenten optischen Sensorik drohende Kollisionen selbstständig erkennen und ihnen autonom ausweichen können. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Projekt namens KI-SENS mit gut 500.000 Euro.

Wodurch sich das neue Teleskop auszeichnet
Das Teleskop steht auf dem Dach des Geographiegebäudes am Hubland-Campus. „Es ist dazu in der Lage, der Flugbahn auch kleinerer Objekte besonders schnell und präzise zu folgen“, erklärt Hakan Kayal, JMU-Professor für Raumfahrttechnik. Darum lasse sich die Kuppel auch komplett öffnen – bei langsameren Teleskopen ist sie immer nur einen Schlitz breit offen und dreht sich komplett mit.

Die Fernsteuerung für das Teleskop befindet sich an zwei Orten auf dem Campus: Zum einen im Missionskontrollzentrum von Hakan Kayals Professur, wo auch weitere Teleskope und Satellitenmissionen gesteuert werden. Zum anderen in den Räumen des studentischen Vereins WüSpace e.V. Darin sind Würzburger Studierende der Luft- und Raumfahrtinformatik organisiert; 20 von ihnen arbeiten am Projekt KI-SENS mit.

Transfer vom Teleskop auf einen Satelliten
Was die Studierenden mit dem neuen Teleskop machen? Sie bringen ihm auf Basis von KI-Algorithmen bei, kleine bewegliche Objekte am Himmel zu erkennen und deren Flugbahn vorauszuberechnen, so dass es die Objekte verfolgen kann. „Wir ziehen dafür eine konventionelle Objektdetektion auf und parallel eine zweite, die auf KI basiert“, erklärt Masterstudent Maximilian Reigl.

Die Algorithmen werden dann auf einen Satellitensensor übertragen. Am Ende soll ein Sensor-Prototyp gebaut sein und in einem Testlabor geprüft werden. Der Plan ist, diese Arbeiten bis Ende 2024 abzuschließen. „Wenn wir beweisen, dass der KI-Sensor mit hoher Wahrscheinlichkeit auch im Orbit funktionieren wird, wäre der nächste Schritt ein echter Weltraumtest“, so der Student der Luft- und Raumfahrtinformatik.

Ausweichmanöver bislang manuell gesteuert
Falls alles klappt, könnte am Ende eine Innovation aus Würzburg stehen, die mehr Sicherheit für Satelliten und die bemannte Raumfahrt bedeutet. Denn das Risiko für Kollisionen mit Weltraumschrott ist hoch und wächst stetig weiter, wie die Europäische Raumfahrtagentur ESA in einem Bericht von 2023 bekräftigt.

„Die USA unterhalten ein großes und dichtes Beobachtungsnetz, mit dem sie täglich mögliche Kollisionen mit Weltraumschrott vorausberechnen und darauf reagieren. Die ESA baut ein solches Netz derzeit auf“, sagt Hakan Kayal. Bislang werden die nötigen Ausweichmanöver manuell von Menschen gesteuert. Im Fall der Internationalen Raumstation ISS sei das mehrmals im Jahr nötig. Die Manöver sind aufwändig, erhöhen den Treibstoffverbrauch und außerdem die Gefahr, beim Verlassen der Flugbahn mit anderen Objekten zusammenzustoßen. Ein intelligenter Sensor, der diese Manöver autonom erledigen kann, wäre ein deutlicher Fortschritt.

Nachwuchs für die Raumfahrttechnik
Das besondere an KI-SENS: Die Arbeiten am Projekt werden von im Verein WüSpace organisierten Studierenden der JMU weitgehend selbstständig vorangetrieben. Unterstützt werden sie dabei von Professor Kayal und Projektleiter Tobias Herbst. Auf diese Weise lernen die Studierenden den Ablauf eines Entwicklungsvorhabens in der Raumfahrt von A bis Z kennen.

Die verstärkte Beteiligung von Studierenden an Kleinsatelliten-Programmen ist dem Bundeswirtschaftsministerium als Geldgeber sehr wichtig, wie Hakan Kayal erklärt: „Es geht darum, im Sinne der Nachwuchsgewinnung die Attraktivität des Fachs weiter zu steigern.“

Fördergeld auch für andere Projekte
Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert das Vorhaben KI-SENS mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK; Förderkennzeichen 50RU2227).

KI-SENS ist an Hakan Kayals Professur nicht das einzige vom DLR geförderte Projekt, das mit Hilfe Künstlicher Intelligenz nach mehr Autonomie in der Raumfahrt strebt. Ein weiteres ist die Weltraummission SONATE-2; dieser Kleinsatellit wird voraussichtlich Anfang März 2024 mit einer Rakete von den USA aus in den Orbit geschossen.

Weitere Informationen:
Projektseite KI-SENS: https://www.informatik.uni-wuerzburg.de/raumfahrttechnik/projekte/aktive/ki-sens/
WüSpace e.V.: https://wuespace.de/

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• Weltraummüll

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Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 2. Mai 2023.

2. Mai 2023 – Passend zum Frühjahr, wenn der Pollenflug Allergieleidende plagt, sind die sogenannten SpaceSeeds Ahornsamen nachempfunden. Sie nutzen das Prinzip der Autorotation, um – ganz wie das natürliche Vorbild – sanft zur Erde zu gleiten. Entwickelt hat sie ein Team aus rund 40 Studierenden der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Sie haben sich im Verein WüSpace e.V. organisiert.

Möglich machte den Weltraumflug der SpaceSeeds das REXUS/BEXUS-Programm. Dieser Zusammenschluss mehrerer europäischer Raumfahrtorganisationen bietet Studierendengruppen regelmäßig die Chance, eigene Raumfahrtprojekte umzusetzen und praktische Erfahrungen zu sammeln.

Eine Alternative zum Fallschirm
Aus dem ursprünglichen Daedalus-Projekt, welches 2019 den Flug ins All angetreten hatte, war WüSpace entstanden. Nun durfte das Team von Daedalus 2 dem Beispiel des Vorgängerprojekts folgen: Am 1. April waren die SpaceSeeds an Bord einer REXUS-Rakete, die vom Esrange Space Center in Nordschweden gestartet war.

Die beiden Landekapseln wurden in 80 Kilometern Höhe ausgeworfen und sammelten während ihres kontrollierten Falls eine Vielzahl von Daten: „Neben einigen allgemeinen Daten, etwa Luftdruck und Temperatur, waren das vor allem solche, die zur Weiterentwicklung der Technologie nötig sind“, erklärt Zuri Klaschka aus dem Vorstandsteam von WüSpace.

Das Prinzip der Autorotation könnte zukünftig Fallschirme bei der Rückkehr von Landekörpern aus dem All ersetzen: „Unser Ziel ist es, über eine aktive Regelung des Anstellwinkels der Rotorblätter einen kontrollierten Fall zu induzieren. Diese Technik kann in einigen Aspekten gegenüber Fallschirmen zu bevorzugen sein,“ so Projektleiter Frederik Dunschen. Die aktive Regelung des Anstellwinkels stellt die wichtigste Weiterentwicklung im Vergleich zum ersten Projekt dar.

REXUS/BEXUS: „Unheimlich wertvolle Erfahrung“
Am REXUS/BEXUS-Programm sind neben dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auch die Schwedischen Nationalen Raumfahrtbehörde (SNSA) und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) beteiligt. Gefördert werden Raketen- (REXUS) und Ballonexperimente (BEXUS) von Studierenden.

Für Zuri Klaschka ist „die Erfahrung, vollkommen selbstständig – mit allen Herausforderungen, Schwierigkeiten und sonstigen Schritten, die dies mit sich bringt – ein Raumfahrtprojekt umzusetzen, unheimlich wertvoll.“

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• Höhenforschungsraketen

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Quelle: Julius-Maximilians-Universität Würzburg 15. Dezember 2022.

15. Dezember 2022 – Kleinsatelliten mit einer Masse von einem bis 20 Kilogramm werden vermehrt auch für kommerzielle Zwecke eingesetzt, etwa für Telekommunikationsleistungen, Missionen zur Erdbeobachtung oder für die Erprobung neuer Technologien im All. Das birgt Risiken: Mit der steigenden Zahl von Kleinsatelliten erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für Kollisionen im Orbit.

Studierende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) wollen dieser Gefahr vorbauen. Im neu gestarteten Projekt KI-SENS entwickeln sie intelligente Sensoren und Algorithmen für Kleinsatelliten, damit diese gefährliche Annäherungen zu anderen Objekten rechtzeitig erkennen und Kollisionen durch einen Kurswechsel verhindern.

Studierende lernen gesamten Ablauf kennen
Gewöhnlich werden derartige technologische Entwicklungsarbeiten an Universitäten von wissenschaftlichen Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen durchgeführt. Studierende spielen dabei oft nur eine sekundäre Rolle: Sie unterstützen die Arbeiten als wissenschaftliche Hilfskräfte oder im Rahmen von Abschlussarbeiten.

Bei KI-SENS ist das völlig anders. Hier agieren rund 20 Studierende aus dem Verein WüSpace weitgehend selbstständig. Sie übernehmen die Arbeiten im Projektmanagement, in Entwicklung, Bau und Test. So lernen sie den gesamten Ablauf eines Entwicklungsvorhabens in der Raumfahrt kennen. Für die Teilnahme am Projekt können sie im Rahmen von Praktikumsmodulen und Abschlussarbeiten auch ECTS-Punkte bekommen.

Unterstützt werden die Studierenden von Raumfahrttechnik-Professor Hakan Kayal und seinem wissenschaftlichen Mitarbeiter Tobias Herbst. Die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert das Vorhaben mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK; Förderkennzeichen 50RU2227).

Drohnen nehmen Kleinsatelliten huckepack
Das auf zwei Jahre angelegte Projekt fußt auf der Technik des SONATE-2-Satelliten, der im Team von Professor Kayal derzeit an der JMU für Zwecke der Erdbeobachtung vorbereitet wird.

„Wir werden intelligente, optische Sensoren entwickeln, einen Prototypen bauen und ihn unter realistischen Bedingungen am Boden testen“, sagt Tobias Herbst. Dabei sollen Drohnen zum Einsatz kommen, die Satelliten-Dummys als Nutzlast mit sich tragen. Erste Tests finden voraussichtlich schon im Lauf des Jahres 2023 statt.

Hochwertige Ausbildung in Luft- und Raumfahrt
Hakan Kayal erklärt, warum es Studierende sind, die dieses Projekt selbstständig bearbeiten: „Nachhaltigen Fortschritt im Bereich der intelligenten Sensorik für Kleinsatelliten können wir nur mit qualifiziertem Nachwuchs erreichen.“ Studentische Projekte dieser Art würden erheblich zu einer hochwertigen Ausbildung beitragen und weitere motivierte Studierende anziehen.

Im studentischen Verein WüSpace, der aktuell 73 Mitglieder hat, sind viele weitere Aktivitäten möglich. „Bei uns können sich Studierende im Bereich der Luft- und Raumfahrt austauschen und an Projekten teilnehmen, etwa an Experimenten mit hochfliegenden Ballonplattformen, Höhenforschungsraketen oder Satellitenmissionen“, sagt Doktorand Clemens Riegler, der den Verein mitgegründet hat. Eine angemessene Betreuung, eine ausreichende Ausstattung mit Material und die Verfügbarkeit von Räumen seien durch die Kooperation mit der Universität gewährleistet.

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• KI und Raumfahrt

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