Weltraummission im Kleinformat

Weltraumtechnik. Nächstes Jahr sollen 50 Nanosatelliten starten, um die äußerste Atmosphärenschicht zu erforschen. Einen davon bauen engagierte Studenten aus Österreich.

UAE VENUS TRANSIT
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(c) EPA (ALI HAIDER)

Weltraummissionen werden von langer Hand vorbereitet. So lange, dass Studenten sich nur an kleinen Abschnitten beteiligen können. Damit in der Ausbildung eine ganze Mission durchexerziert werden kann, hat Bob Twiggs an der Stanford-Universität 1999 die Sat-Cubes ersonnen: Würfelförmige Satelliten mit einer Kantenlänge von zehn Zentimetern, die nach relativ kurzer Zeit startbereit sind und – oft als „Trittbrettfahrer“ – kostengünstig ins All gelangen können.

Während die ursprüngliche Motivation primär in der Ausbildung bestand, zeichnet sich ein Paradigmenwechsel ab, wie Otto Koudelka von der TU Graz sagt. Koudelka war Projektleiter von Tugsat-1/Brite-Austria, der im Doppelpack mit dem Schwestermodell Uni-Brite der Uni Wien 2013 als erster österreichischer Satellit ins All geflogen ist. Nanosatelliten werden zunehmend für wissenschaftliche Zwecke eingesetzt. Sogar kommerzielle Anwendungen wie die Breitbandversorgung entlegener Gebiete sind angedacht, so der Experte.

 

Für Wissenschaft und Lehre

Ein Beispiel für den Doppelnutzen für Wissenschaft und Lehre ist Pegasus. Der maßgeblich von österreichischen Studenten gebaute Doppel-Cube-Sat mit den Maßen 20 mal zehn mal zehn Zentimeter soll gemeinsam mit 49 Geschwistern im Jänner 2016 ins All starten. Pegasus ist Teil des QB50-Projekts des niederländischen Von-Karman-Instituts. Insgesamt 50 Cube-Sats werden von einer brasilianisch-ukrainischen Trägerrakete in 350 bis 380 km Höhe ausgesetzt, um Daten über die dortige Thermosphäre zu sammeln. Dank EU-Finanzierung müssen die Beteiligten nur 28.000 Euro „Selbstbehalt“ für den Start zahlen – und den Bau ihres Satelliten.

Die Gelegenheit, eine Weltraummission durchzuführen, hat die heimische Community auf den Plan gerufen. Die Projektleitung liegt bei der FH Wiener Neustadt, wo Studenten des Lehrgangs Aerospace Engineering unter Leitung von Departmentleiter Carsten Scharlemann für Design und Bau des Satelliten sowie die Tests verantwortlich sind – ein entscheidender Faktor, zumal bei Cube-Sat-Missionen oft gewöhnliche Industrieprodukte zum Einsatz kommen, die nicht speziell für die Vibrations- und Temperaturbelastungen eines Weltraumeinsatzes konzipiert sind.

Das Space Team der TU Wien, das hobbymäßig Kleinraketen baut, ist unter anderem für den Bordcomputer und die Energieversorgung zuständig. Das Österreichische Weltraumforum, das mit seinem „Mars-Anzug“ bekannt wurde, kümmert sich um die Kommunikation, sowohl in Pegasus als auch auf dem Boden. Neben Empfangsstationen in Österreich sind weitere in den USA und Großbritannien geplant, die von Unis und Amateurfunkern betrieben werden. Die Software steuert schließlich das Institut für Astrophysik der Uni Wien bei, das dafür auf Erfahrungen bei „großen“ Satelliten zurückgreifen kann.

 

Elektronendichte messen

Bei der Nutzlast durften die Teilnehmer des QB50-Projekts aus drei Experimenten wählen, die verschiedene Teilchenarten messen. Pegasus zeichnet Elektronendichte und -temperatur in der Thermosphäre auf. Diese schützt die Erde vor Röntgen- und UV-Strahlung. Zugleich beeinflusst sie das globale Klima. Bei QB50 geht es um die Verfeinerung der Daten, die für Klimamodelle wichtig sind. In dieser Region der Hochatmosphäre wurden erst wenige Messungen durchgeführt, da sich Satelliten hier nur wenige Monate halten können – ein idealer Einsatzort für die vergleichsweise billigen Cube-Sats.Durch die große Zahl an beteiligten Satelliten können große Bereiche vermessen werden: Der Ausfall von bis zu 18 Cube-Sats gefährdet die Gesamtmission nicht. Kritisch ist wie immer der Start, zumal es sich um den Jungfernflug der Trägerrakete Cyclon-4 handelt.

Neben dem „Pflichtexperiment“ kann jedes Team ein eigenes Projekt verwirklichen. Pegasus testet einen an der FH Wiener Neustadt entwickelten Ionenantrieb, um seine Höhe länger zu halten. Bemerkenswert ist auch das Lageregelungssystem, bei dem das Erdmagnetfeld mit Elektromagneten an Bord wechselwirkt. Die Innovation: Die Spulen liegen in der Außenhülle und sind so effizienter.

Die ersten aus diesen Entwicklungen gewonnenen Erfahrungen werden heuer auf zwei Konferenzen präsentiert. Wissenschaftliche Publikationen sollen folgen – aber erst, nachdem die Vorbereitungen für den Start abgeschlossen sind.

LEXIKON

Cube-Sat:Nanosatelliten mit zehn Zentimetern Kantenlänge (auch als Doppel/ Dreifach-Einheit mit 20/30 Zentimetern Höhe). Dank Standardkomponenten sowie -Launch-Vorrichtungen können sie relativ rasch gebaut werden.

QB50: Projekt des Von-Karman-Instituts, bei dem 50 Cube-Sats die Thermosphäre erkunden. Geplanter Start: Jänner 2016.

Pegasus: Österreichischer Beitrag zu QB50, einem Projekt von FH Wiener Neustadt, TU-Space-Team, dem Österreichischen Weltraumforum und dem Institut für Astrophysik der Uni Wien. Die Gesamtkosten liegen zwischen 250.000 und 400.000 Euro.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 24.01.2015)

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