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StartseiteForschung aktuellPannenhilfe im All06.09.2005

Pannenhilfe im All

Fliegende Wartungsplattform rettet defekte Satelliten

<strong>Raumfahrt. - Zwar sind Satelliten sehr kostspielig, dennoch rechnet sich ein Wartungsflug nur selten - selbst wenn das Space Shuttle gerade Starterlaubnis hat. Daher entwickeln deutsche Ingenieure einen ferngelenkten Roboter, der Pannenhilfe im Orbit leisten soll.</strong>

Von David Globig

Synthetischer Pannenhelfer mit festem Griff: Satellitenfänger TECSAS. (dlr.de)
Synthetischer Pannenhelfer mit festem Griff: Satellitenfänger TECSAS. (dlr.de)
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Roboter-Arms
TECSAS
Automation und Robotik

Langsam nähert sich der Satellit in 500 Kilometern Höhe seinem Ziel: einem defekten anderen Satelliten. Als sie nur noch wenige Meter voneinander entfernt sind, entfaltet sich ein Roboter-Arm, greift nach dem taumelnden Metallkörper und hält ihn fest. Bislang ist das nur ein Traum der Raumfahrtingenieure, doch 2009 soll er Wirklichkeit werden - mit dem internationalen Projekt TECSAS. TECSAS steht für "Technologie-Satellit zur Demonstration und Überprüfung von Weltraum Systemen". Die Mission soll zeigen, dass es möglich ist, mit Hilfe von Roboter-Technik Satelliten im Weltraum einzufangen und sogar zu reparieren. Die notwendigen Sensoren werden in Deutschland entwickelt. Wolfgang Paetsch ist bei EADS Space Transportation in Bremen für Automation und Robotik verantwortlich.

"An Sensoren ist an Bord ein System oder wahrscheinlich zwei Systeme, die sowohl die Entfernung bestimmen können als auch die Position, die Orientierung eines Objekts. Dazu braucht man 3D-Informationen. Die kann man auf verschiedene Arten und Weisen beschaffen: über so genannte Stereo-Systeme oder über laserbasierte Systeme, die direkt eine Messung machen."

Anhand der räumlichen Bildinformationen und der Messdaten steuert der Service-Satellit die Position an, von der aus er das Zielobjekt am besten einfangen kann. Dann packt er mit einem speziellen Greifer zu, der an der Spitze des Roboter-Arms angebracht ist. Bernd Sommer vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR.

"Das wird aller Voraussicht nach ein Dreifinger-Greifer werden, der in der Lage ist, doch eine gewisse Varietät von Formen zu greifen. Das kann etwas Rundes sein, das kann eine Stange sein, eine zylindrische Stange sein, das kann eine rechteckige Stange sein. Das heißt man hat dadurch die Möglichkeit, an irgendeinem Strukturteil des einzufangenden Satelliten anzupacken."

Arm und Greifer kommen ebenfalls aus Deutschland. Damit er jeden Punkt am Ziel-Satelliten gut erreichen kann, werden sieben Achsen den Roboter-Arm extrem beweglich machen. Eine kleine Version des Arms testen die DLR-Forscher bereits seit diesem Frühjahr auf der Internationalen Raumstation - und zwar unter Weltraumbedingungen an der Außenseite der ISS. Dabei experimentieren sie auch mit der so genannten Tele-Präsenz. Der Roboter-Arm wird von der Bodenstation aus mit einem Joystick gesteuert. Sobald er zum Beispiel auf ein Hindernis trifft, wird diese Information zur Bodenstation übertragen. Der Bediener spürt den Widerstand im Joystick. Er bekommt eine taktile Rückmeldung. So, als wenn er selbst vor Ort wäre und gegen das Hindernis drücken würde. Bei der TECSAS-Mission soll der Roboter-Arm aber nicht nur ferngesteuert sein Ziel finden, sondern auch eigenständig, von den Bordrechnern des Satelliten gelenkt.

"Das heißt nachdem wir diese Tele-Präsenz und teilautonomen Betrieb ausprobiert haben, und wir wissen, dass alle Systeme, Sensorsysteme etc. zuverlässig laufen, dann wollen wir tatsächlich dem anfliegenden Satelliten sagen: so, jetzt fängst Du das Target ein und wir wollen nicht intervenieren."

Ein Bildverarbeitungs-System muss dazu erkennen, wie der Ziel-Satellit ausgerichtet ist, ob er sich vielleicht sogar dreht. Dann gilt es, eine Stelle auszumachen, wo der Greifer sicher zupacken kann, und den Arm automatisch dorthin zu steuern. Die riesigen Datenmengen, die bei diesem Manöver anfallen, belasten die Bordcomputer wahrscheinlich bis an ihre Grenzen. Wolfgang Paetsch glaubt deshalb, dass es bei solchen Missionen auf eine Arbeitsteilung zwischen Mensch und Computer hinauslaufen wird.

"Wahrscheinlich wird sich folgendes durchsetzen: Alles, was einen hohen Komplexitätsgrad an Entscheidung benötigt, wird auf den Mensch zurückgeführt. Da wird der Mensch entscheiden: 'Wir tun jetzt in dieser Richtung dies oder jenes'. Überall dort, wo es wichtig ist, sehr, sehr schnell zu reagieren, also eine Information im Millisekunden-Bereich aufzunehmen - kurz vor dem Kontakt oder wenn Kontakt da ist - eine Kraft-Information, diese Informations-Aufnahme, -Verarbeitung, die wird wahrscheinlich autonom geschehen, weil da sind die Laufzeiten der Signale in aller Regel zu lange, um da adäquat drauf reagieren zu können."

Auch bei erdnahen Umlaufbahnen sind die Funkbefehle immerhin einige Sekundenbruchteile unterwegs. Wenn es aber zum Beispiel darum geht, die Finger des Greifers in genau dem Moment zu schließen, in dem sie den Satelliten berühren, kann eine solche Verzögerung schon zu viel sein.

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