Eine Demonstration zeigt die Machbarkeit der Raumfahrzeugmontage in der Umlaufbahn
Der Gedanke an den Bau von Satelliten und Raumfahrzeugen ruft wahrscheinlich das Bild eines riesigen Reinraums hervor, in dem das Geschehen von Fachleuten und Forschenden in weißen Kitteln bestimmt wird. Nach ihrer präzisen Montage müssen diese teuren Apparate dann in den Weltraum gebracht werden. Das ist nicht nur ein unheimlich kostspieliges, sondern auch sehr arbeitsintensives Unterfangen. Unter anderem aus diesem Grund wurde das EU-finanzierte Projekt PERIOD aus der Taufe gehoben. Es sollte klären, ob sich zu den gegenwärtigen Fertigungs- und Montagemethoden für Raumfahrttechnik am Boden Alternativen finden ließen.
Robotik und Automatisierung im Weltraum
Insbesondere wollte das Projekt eingehend untersuchen, wie machbar es wäre, die Fertigung und Montage mithilfe von Robotik und Automatisierung gleich direkt in der Umlaufbahn durchzuführen. „Dadurch würden sich mehrere Vorteile auftun“, erklärt der Projektkoordinator von PERIOD, Stéphane Estable von Airbus Defence and Space in Deutschland. „Zum Beispiel der Wegfall der Beschränkungen im Hinblick auf das Gesamtvolumen und die Konstruktion von großen Satellitenantennen sowie neue Möglichkeiten für den Bau von größeren Raumfahrtinfrastrukturen, wie beispielsweise modularen Raumstationen.“ Robotergestützte Techniken für die Fertigung und Montage im Weltraum könnten es zudem die Aufrüstung und Reparatur von Raumfahrzeugen und Satelliten ermöglichen, die sich bereits im Orbit befinden. Eine wesentliche Hürde bestand dabei bisher darin, dass sich die nötige Reife und Integrierbarkeit einer solchen Technologie schlicht nicht demonstrieren ließen. Mit anderen Worten: Könnte das wirklich funktionieren?
Validierung der In-Orbit-Fertigung
PERIOD verfolgte daher hauptsächlich das Ziel, vielversprechende Technologien für das sogenannte In-Orbit-Servicing (Reparatur-, Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten in der Umlaufbahn) weiterzuentwickeln und zu validieren. Diese Innovationen wurden vom EU-finanzierten Projekt PERASPERA im Rahmen eines strategischen Forschungsclusters der EU entwickelt. Dazu zählten beispielsweise ein roboterbetriebenes Steuerungssystem, ein Rahmen für die Fusion von Sensordaten, ein auf Autonomie ausgerichteter Rahmen und eine integrierte 3D-Sensoreinheit. Das Projektteam führte außerdem Tests und Messungen an „Standardverbindungen“ durch, mit denen modulare Robotersysteme kombiniert werden könnten. „Dafür wurde ein Labordemonstrator gebaut, der diese ganzen Technologien schrittweise mit erhöhter Komplexität integrierte“, fügt Estable hinzu. „Es ist uns außerdem gelungen, eine robotisierte Montagesequenz für einen Modellsatelliten auszuführen, der aus zwei mit einer Standardverbindung ausgestatteten Hauptsegmenten bestand.“ Dank dieser Arbeit konnte das Team genau definieren, wie sich robotergestützte Technologien kombinieren ließen, um im Orbit Antennen zu fertigen und Satelliten zu montieren und wiederzubetanken.
Weiterentwicklung hochmoderner Technologien
PERIOD bewältigte nicht nur die anvisierte Weiterentwicklung und Validierung dieser Technologien erfolgreich, sondern führte zudem auch ein detailliertes Benchmarking zwischen drei europäischen Standardverbindungen durch. Dadurch war das Projektteam in der Lage, im Labor zu demonstrieren, wie eine robotergestützte Satellitenmontage im Weltraum aussehen könnte. Das Projekt leistete außerdem einen Beitrag zur Entwicklung von nötigen Standards und Regelungen für Service-, Fertigungs- und Montagearbeiten im Weltraum, die künftig von Bedeutung sein werden. Für die Zukunft wird eine gezieltere Forschung auf diesem Gebiet angepeilt. Viele Projektergebnisse stehen allerdings bereits jetzt schon für künftige Vorhaben in der Raumfahrt zur Verfügung. „Dank der Labordemonstratoren – und dem von uns entwickelten Konzept für die In-Orbit-Demonstration – wird die Raumfahrtgemeinschaft in der Lage sein, wirtschaftliche Argumente dafür zu liefern, wie Raumfahrtsysteme künftig konzipiert und betrieben werden sollten“, so Estable. „Wir werden diese Technologien weiterentwickeln und auch damit fortfahren, Labordemonstrationen von In-Orbit-Arbeiten mit zunehmender Komplexität durchzuführen. Unser Ziel ist letztlich eine In-Orbit-Demonstration, um die Abläufe und Technologien insgesamt vollumfänglich zu validieren, bevor sie in kommerziellen Anwendungen zum Einsatz kommen können.“
Schlüsselbegriffe
PERIOD, Weltraum, Satellit, Raumfahrzeug, Roboter, robotergestützt, PERASPERA, In-Orbit