REXUS/BEXUS | Satellitentechnik Jungfernflug ins Weltall

Am 15. März 2016 um 06:24 startet REXUX20 auf dem Gelände des Esrange Space Centers in Nordschweden.
»Three...two...one...zero...engine running: Liftoff!«

Neun Studenten der Julius-Maximilian-Universität Würzburg haben einen Sensor für Satelliten entwickelt. Das Besondere daran: Er kann seine Lage im Weltall bestimmen. Im Norden Schweden durften die Studenten ihren Sensor mit einer Rakete ins All schießen und testen.

Am 15. März 2016 um 06:24 Uhr startete die Rakete REXUS20 im Esrange Space Center in Kiruna – Schwedens nördlichste Stadt. 15 Minuten dauerte der Flug ins Weltall, bei dem die knapp sechs Meter lange und 36 Zentimeter dicke Höhenforschungsrakete nacheinander Troposphäre, Mesosphäre und Stratosphäre passierte. In der Thermosphäre in 77 Kilometer Höhe machte sie kehrt und landete mit Hilfe eines Fallschirms sicher und wohlbehalten wieder auf der Erde. Während des Fluges machte die Kamera des Sensors rund 10.000 Bilder, die von den Studenten der Luft- und Raumfahrtinformatik ausgewertet wurden. Rund Monate später steht nun fest: Ihre Arbeit hat sich gelohnt. Sie haben es geschafft, einen Sensor zu entwickeln, der seine Lage im Weltraum bestimmen kann.

Der Sensor besteht aus einer Kamera, einem Minicomputer und weitern elektrischen Komponenten und heißt: Position-vector Acquisition Through Horizon Observation System – kurz PATHOS. Das Studenten-Team der Julius-Maximilian-Universität Würzburg hat ihn im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms gebaut. Das Programm Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten (REXUS/BEXUS) ermöglicht es Studenten wissenschaftliche und technische Experimente mit Raketen und Ballons durchzuführen. Dafür startet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit dem Swedish National Space Board (SNSB) jedes Jahr zwei Höhenforschungsraketen (REXUS) und zwei Stratosphärenballons (BEXUS).

Das PATHOS-Team wird von Hakan Kayal, Professor für Raumfahrttechnik an der Universität Würzburg, und dessen Mitarbeitern betreut. Im Herbst 2014 haben sie sich erfolgreich beworben und wurde schließlich für das Programm ausgewählt. »Wir haben zunächst ein detailliertes Konzept entwickelt, Komponenten ausgewählt und wichtige Vorbereitungen getroffen«, erzählt die Informatik-Studentin Elke Heidmann. Anschließend sei es an die Programmierung der Software gegangen.

Bilder: 3

Sensor auf Jungfernflug ins Weltall

Der PATHOS-Sensor wurde von Studenten der Universität Würzburg entwickelt. Im März 2015 startete der Sensor mit einer Höhenforschungsrakete ins Weltall.

Über mehrere Monate hinweg haben die Studierenden einen Algorithmus – das Herzstück der Software – geschrieben. In Form eines Mini-Computers wurde er auf dem PATHOS-Sensor installiert. »Der Algorithmus hat die Aufgabe, Bilder, die während des Weltraumflugs entstehen, zu verarbeiten«, erklärt Heidmann. Dadurch erkenne der Sensor den Horizont der Erde und verwendet diese Linie, um einen Vektor in Richtung Erdmittelpunkt zu berechnen. Auf diese Weise könne der Sensor die Lage exakt bestimmen.

Bevor er ins All geschickt wurde, haben die Studenten den Raketenflug mehrfach in der Thermal-Vakuum-Kammer im Institut für Informatik simuliert. In der Kammer herrscht derselbe Luftdruck wie im Weltall. Da es im Weltraum keine Luft gibt, sind laut Professor Kayal normale Lüfter, die typischerweise in einem PC verbaut sind wirkungslos. Ein durchschnittlicher Computer würde im Weltall überhitzen und nach kurzer Zeit kaputt gehen. Dem Computer der Studierenden blieb dieses Schicksal jedoch erspart. Er überstand die Tests in der Thermal-Vakuum-Kammer sowie den Raketenflug schadlos.

»Er hat gut verwertbare Bilder gesendet und den Horizont der Erde eindeutig erkannt«, erläutert Heidmann. Konkret gehe es darum, Satelliten künftig zu helfen, wenn sie ins Taumeln geraten. Damit ein taumelnder Satellit sich wieder stabilisieren kann, muss er wissen, wo er sich gerade befindet; er benötigt einen Bezugspunkt, an dem er sich orientieren kann. Bis der Sensor allerdings für Satelliten verwendet werden kann, muss das Gerät deutlich kleiner werden. Denn SONATE – ein Nanosatellit der Universität, den die Studierenden als Testobjekt ins Auge gefasst haben – hat gerade mal die Maße eines länglichen Schuhkartons. Nun gehe es zunächst darum, die Auswertung des Fluges in Form einer Abschlussdokumentation vorzulegen.