Modulare, multifunktionale Schnittstellen verbinden Bausteine von Weltraumrobotern
Obwohl die bahnbrechenden bemannten Mondmissionen zu den ersten und gleichzeitig letzten Gelegenheiten zählten, bei denen Menschen jenseits der niedrigen Erdumlaufbahn reisten, bedeuteten sie nicht das Ende, sondern eher den Anfang der Weltraumerkundung. Allein 2018 gab es weltweit in acht verschiedenen Ländern 112 erfolgreiche Raketenstarts(öffnet in neuem Fenster), so viele wie seit 1990 nicht mehr. Die vielseitigen Bereiche der Weltraumerkundung werden bereits in nur einigen wenigen dieser aktuellen Missionen offensichtlich. Innerhalb der letzten zwei Jahre hat Mars Insight sein Ziel erreicht, BepiColombo(öffnet in neuem Fenster) sich auf den Weg zum Merkur begeben, die NASA eine Mission zur Suche nach Exoplaneten gestartet und sind Chinas Raumsonde Chang’e-4 und deren Rover Jadehase 2 auf der Rückseite des Mondes gelandet. Das EU-finanzierte Projekt SIROM(öffnet in neuem Fenster) steigert die Betriebskapazitäten und Missionsflexibilität der europäischen Weltraumerkundung dank fortgeschrittener Robotertechnik. Über optimierte Schnittstellen für modulare Robotiksysteme wird die Forschungsgruppe eine verlässliche und belastbare mechanische, thermische, elektrische und Datenkonnektivität zwischen Modulen in einem effizienten „Plug-and-Connect“-Design ermöglichen.
Senkung der Komplexität
Weltraumrobotik und fortgeschrittene Technologien sind für die fortlaufende Erkundung unseres Kosmos von wesentlicher Bedeutung. Dabei handelt es sich um eine große und vielfältige Gruppe von Systemen, die unzählige verschiedene Aufgaben übernehmen. Die planetare Robotik umfasst Orbiter, Lander und Rover, die andere Planeten und Asteroiden erkunden. Sie sammeln und analysieren Proben und bereiten sie für die Rückkehr zur Erde vor. Die orbitale Robotertechnik unterstützt Wartungs- und Instandhaltungsaktivitäten im Orbit. Da die meisten Satelliten (Gebilde in der Umlaufbahn) aktuell als Einwegprodukte gebaut werden, sind sie auf wirtschaftliche Lösungen und eine verbesserte Lebensdauer einschließlich maßgeschneiderter Anpassungen an sich verändernde Anforderungen und Verschleiß sowie Verbesserungen angewiesen. Um ihre zahlreichen Aufgaben erfüllen zu können, interagieren Weltraumroboter mit anderen Systemen und Komponenten. Verlässliche und belastbare Schnittstellen zwischen Robotern und Nutzlast oder Nutzlast und Nutzlast sind für den Erfolg von Missionen entscheidend. Laut dem Projektkoordinator Javier Vinals, der an den strategischen Weltraum-Forschungsclustern im Rahmen von Horizont 2020(öffnet in neuem Fenster) zu Weltraumrobotiktechnologien beteiligt ist, „war das Hauptziel von SIROM, wichtige Technologien für einen gemeinsamen Konnektorbaustein für autonome Robotiksysteme zu entwickeln, die Satellitenwartungen im Orbit und Planetenerkundungen durchführen. Mit anderen Worten: Wir wollten eine genormte und modulare ‚USB‘-Schnittstelle für den Weltraumrobotikbetrieb definieren.“
Genormte „Plug-and-Connect“-Schnittstellen für modulare Bausteine
Vinals erklärt weiter: „Die Multifunktionsschnittstelle wurde so entwickelt, dass sie mechanische Schnittstellen, die die Bausteine miteinander verbinden, elektrische Schnittstellen für die Stromübertragung, thermische Schnittstellen zur Wärmeregulierung und Schnittstellen zur Datenübertragung im ganzen Satelliten umfasst.“ Dazu war die Entwicklung von Strom- und Datenübertragungsstandards, Methoden zur Wärmeübertragung und -verwaltung sowie zur Übertragung mechanischer Belastung und Verriegelung von Schnittstellen notwendig. Anwendungen im Weltraum unterliegen wesentlich strengeren Anforderungen als Schnittstellen auf der Erde. SIROM achtete darauf, dass seine Systeme die langen Zeiträume der Missionen, den Mangel an logistischer Unterstützung und Missionen berücksichtigen, bei denen mehrere Nutzlasten und Architekturen zum Einsatz kommen. Modellierungen und Simulationen ermöglichten die Optimierung des Designs gemäß der verschiedenen Anwendungskriterien, um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden. Die Schnittstellen von SIROM verbessern die Betriebskapazitäten, vereinfachen die Logistik und steigern die Missionsflexibilität auf kosteneffiziente und kundenorientierte Weise. Die Technologie wurde in Labordemonstrationen validiert und das Konsortium wendet sich nun der Validierung im Orbit zu. Insgesamt sind die SIROM-Technologien gut aufgestellt, um die europäischen Fähigkeiten zur Weltraumerkundung auszuweiten und gleichzeitig die Kosten zu senken sowie die Sicherheit und Nachhaltigkeit zu verbessern.
