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Nachrichten Wissen Cubesats: Erfolgreiche Würfel im Weltraum
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09:02 26.08.2018
Hunderte Minisatelliten kreisen im All – zu Testzwecken, um Bilder der Erde zu machen und um nach fernen Planeten zu suchen. Quelle: NASA/Fotolia
Hannover

Lange waren Satelliten tonnenschwere Ungetüme. Sie zu planen und zu konstruieren dauerte ein Jahrzehnt, beschäftigte Hunderte Ingenieure und kostete Millionen. Um die Horde der Großsatelliten, die die Erde im All begleiten, entsteht mittlerweile ein wachsender Schwarm von Minisatelliten: sogenannte Cubesats.

Geschaffen werden diese Cubes – auf Deutsch: Würfel – nicht von staatlichen Raumfahrtorganisationen und Unternehmen, sondern von kleinen Start-ups und Studentenprojekten. Manche der Cubes sind nicht einmal so groß wie eine Milchpackung. Dennoch beginnen sie, die akademische und kommerzielle Raumfahrt zu revolutionieren.

Uwe-3 ist einer dieser Weltraumwürfel. Mit vollem Namen heißt er Universität Würzburg Experimentalsatellit. Seit dem Jahr 2013 zieht Uwe-3 in rund 700 Kilometern Höhe seine Bahnen um die Erde. Mit einer Kantenlänge von nur zehn Zentimetern ist er gerade so groß wie eine Milchpackung, doch er ist vollgestopft mit moderner Elektronik.

Weltweit ist das Cubesat-Fieber ausgebrochen

“Das war unser erster Schritt in den Weltraum“, sagt Alexander Kramer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Informatik an der Universität Würzburg. Mit dem Winzling haben Kramer und seine Kollegen noch als Studenten ein neues Steuerungssystem getestet – und auch, ob handelsübliche elektronische Bauteile für den Einsatz im All taugen.

Die Idee für die Minisatelliten hat ihr Gruppenleiter, Professor Klaus Schilling, 2003 von einem Forschungsaufenthalt an der Stanford Universität mitgebracht. Und bereits 2005 flog Uwe-1 als erster deutscher Cubesat ins All. Zwischenzeitlich ist das Cubesat-Fieber weltweit ausgebrochen. Allein im Jahr 2017 wurden 295 solcher Würfel in den Orbit geschossen.

Längst sind die fliegenden Würfel nicht mehr nur studentische Fingerübungen. Das zeigt etwa ein Projekt von Professor Sara Seager, Planetenforscherin am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Ihre Forschungsgruppe hatte in den vergangenen Jahren einen Cubesat namens Asteria gebaut, der nach fernen Planeten in anderen Sonnensystemen suchen soll.

Minisatellit aus Würzburg: Projektleiter Klaus Schilling vom Universitäts-Institut für Informatik präsentiert Uwe-3. Quelle: David Ebener/dpa

Am 20. November 2017 wurde er von der Raumstation ISS aus ins All entlassen. “Wenn sich ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor seinen Stern schiebt, verdunkelt er das Licht des Sterns ein wenig”, sagt Sara Seager. “Diesen winzigen Schattenwurf kann man noch bei uns, viele Lichtjahre entfernt, auffangen — vorausgesetzt die Kamera hält still genug und das Bild wird nicht von der Atmosphäre verzerrt.” Bisher hat Asteria allerdings noch keinen Planeten entdeckt.

Neben der Astronomie werden Kleinsatelliten heute auch für Navigation, Nachrichtenaufklärung, Erdbeobachtung und Telekommunikation eingesetzt. Zum Beispiel starteten im Mai 2018 neben dem Mars-Lander Insight der Nasa auch zwei Cubesats an Bord einer Trägerrakete Richtung Roter Planet. Sobald das Landegerät die Oberfläche des Mars erreicht, sollen die beiden Begleiter vom Orbit aus eine Art Kommunikationssatellit zur Erde bilden.

Neben der astronomischen Forschung verändern die Winzlinge aber auch die kommerzielle Raumfahrt. Diese verwandelt sich zunehmend in ein Geschäftsfeld. Darin tummeln sich Start-ups wie das von Dan Berkenstock und Julian Mann. Die beiden bastelten einst ebenfalls an der Stanford University an den ersten Cubesat-Modellen des Pioniers Robert Twiggs.

193 hochauflösende Kameras in der Umlaufbahn

Im Jahr 2009 gründeten sie die Firma Skybox. Das Ziel: Kleine Satelliten sollten hochauflösende Bilder der Erde schießen. Minen oder Containerschiffe, Raffinerien oder Pipelines – manch ein Unternehmen, so kalkulierten sie, könnte Interesse daran haben, die Erde aus dem All überwachen zu lassen.

Die Spekulation ging auf: 2013 entsandte Skybox den ersten Satelliten namens Skysat-1. Mittlerweile sind es 13. Die ersten Bilder der hochauflösenden Kameras waren so überzeugend, dass Google die Satelliten 2014 für 500 Millionen US-Dollar übernahm.

Drei Jahre später verkaufte Google sie an das Unternehmen Planet Labs aus San Francisco und kauft seither nur noch die Bilder. Ihre eigenen Cubesats lässt Planet Labs regelmäßig von der ISS aussetzen. Zusammen mit den Skysats sind es heute sagenhafte 193, die rund um die Uhr die Erde ablichten.

Hunderte Würfelsatelliten kreisen im All – und werden, wenn der Test von Uwe-4 gut verläuft, auch über einen Antrieb verfügen können. Quelle: Nico El Nino/dpa

Aus Sicht mancher Datenschützern ist das nicht unproblematisch: Zwar kann man auf den Bildern keine Personen erkennen. Aber was sich auf Hinterhöfen so abspielt, wie sich Personen und Fahrzeuge bewegen, das alles lässt sich aus Bildern mit genügend hoher Wiederholungsrate abschätzen.

Dafür aber wären die Kameras der Uwe-Reihe viel zu schwach. Und damit niemand die Daten stiehlt, die Cubesats zur Erde schicken, arbeiten die Würzburger Studenten auch an der Sicherheit der Kommunikationstechnik. Unter Anleitung von Alexander Kramer werkeln künftige Satelliteningenieure an Modellen für Uwe-4. Gefördert wird das neue Projekt mit einer halben Million Euro vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Technik für Formationsflüge

“Uwe-4 ist der weltweit erste Würfelsatellit mit Triebwerk”, sagt Kramer. “Mit dem Triebwerk werden wir testen, wie sich Cubesats im Orbit manövrieren lassen.” Damit könnten in Zukunft Formationsflüge aus mehreren Minisatelliten möglich werden.

Das European Research Council, die größte europäische Einrichtung zur Förderung der Wissenschaft, unterstützt das mit 2,5 Millionen Euro. Auf dem International Astronomical Congress in Bremen werden Kramer und seine Kollegen Uwe-4 im Oktober vorstellen. Wenn alles gut läuft, wird Uwe-4 dann schon um die Erde sausen.

Von Christian Honey

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