Roboter im All – Denn sie wissen, was sie tun

Die beiden Weltraumroboter „Roby Space Junior I und II“ der Technischen Universität Wien (TU) haben ihre Feuertaufe im All erfolgreich bestanden. Ihr vorrangies Ziel war es, aus einer Rakete auf ein Netz zu krabblen, das von Satelliten aus stabilisiert wurde. Zukunftsvision ist vorerst noch die solare Energeiegewinnung – diese wird erst in ungefähr 20 – 30 Jahren Realität.

Es war eine anstrengendes, wenn nicht sogar aufgreibende Woche für das Mechatronik-Team der TU Wien. Wieder einmal waren sie erfolgreich, die Roboter der TU Wien, diesmal aber nicht fußballspielend. Roby Space wurde vom Uchinoura Space Center (Japan) aus letztes Wochenende erfolgereich ins All geschossen. Somit ist bewiesen, dass auch ein Mini-Entwicklungsteam mit österreischer Ingenieurtradtion und Flexibilität international erfolgreich sein kann. Was den TU Wien-Professor und Projektleiter Peter Kopacek besonders freut: „70% der Hard- und Software von Roby Space ist ein ’spin off’ von Roby Speed, unserem Weltmeisterfußballroboter.“ Ein großer internationaler Erfolg für Mechatronik „made in Austria“.

Zur Erinnerung: Um in (ferner) Zukunft Solarenergie im Weltraum zu gewinnen, wurde 2004 ein internationales Projekt unter japanischer Leitung gestartet, bei dem mit Solarzellen ausgerüstete Mini-Roboter auf einem Netz „krabbeln“. Die Roboter richten sich automatisch nach der Sonne aus, um die höchstmögliche Energie-Effizienz zu erreichen. Die Anforderungen, die an die energiegewinnenden Roboter gestellt werden, sind hoch: leicht und relativ klein müssen sie sein und die Erschütterungen ertragen, denen sie beim Transport ins All ausgesetzt sind. Und da ist dann noch die Sache mit den arktischen Temperaturenund dem Vakuum, die der Elektronik stark zusetzen können.

Abgeschlossen wurde das vom „Advanced Concept Team“ der European Space Agency (ESA) sowie der Agentur für Luft- und Raumfahrt der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft mbH (ALR/FFG) finanzierte und betreute Projekt mit dem Parabolflug auf 180 km Höhe mit der japanischen S 310-36 Rakete in den Weltraum.

Start mit wetterbedingten Verzögerungen

Nach den erfolgreichen Parabolflügen im Jänner und März 2005 in Nagoya (Japan) wurde es für die beiden Roby Spaces der TU Wien am vergangenen Sonntag, 22. Jänner 2006, im Uchinoura Space Center (Japan) ernst. Der ursprüngliche Start am 18. Jänner 2006 musste wegen widrigster Wetterverhältnisse mehrer Male verschoben werden. Am Sonntag um13:00 Uhr Ortszeit konnte bei strahlend blauem Himmel aber starkem Nordwestwind gestartet werden.

Den ersten kritischen Moment gab es beim Austritt aus dem Starthaus, als es die Rakete etwas „verzog“. Dadurch wich sie etwas von der Bahn ab, was aber die Roby Spaces keineswegs störte. Die Kappe wurde programmgemäss abgesprengt, der Muttersatellit stabilisiert und die Tochtersatelliten ausgefahren.

Von der Rakete ins Netz

Dann kam der große Augenblick der TU Wien-Roboter. Beide TU-Robies wurden programmgemäß durch einen „wire cutter“ von ihren Fesseln in der Rakete befreit. Roby Space II meisterte bravurös den kritischen Übergang von seinem engen Starthäuschen auf das nur teilweise stabilisierte Netz. Er war kurz – mit österreichischer Fahne – im Blickfeld der im Muttersatelliten eingebauten Videokamera.

Auf Grund der zur Bodenstation übertragenen Telemetriedaten krabbelte Roby Space II problemlos am Weltraumnetz und hat somit die Vorgaben der European Space Agency (ESA) erfüllt. Über das weitere Schicksal von Roby Space I ist derzeit noch nichts bekannt, Genaueres wird man höchstwahrscheinlich nach der endgültigen Auswertung der Daten erfahren.

Die Vorbereitungsarbeiten im japanischen Uchinoura Space Center

Der ursprüngliche Raketenstart war für den 18. Jänner 2006 um 13:00 Uhr geplant. Deshalb traf das Techniker-Team rund um TU-Professor Peter Kopacek bereits am Sonntag (15. Jänner) ein. Am Montag und Dienstag fanden Vorbereitungsarbeiten und Tests statt – meistens bis 2:00 Uhr morgens oder länger.

17. Jänner 2006: Am Dienstag Abend wurden Roby Space I und II in die Spitze der Rakete eingebaut und die Raketenspitze verschlossen. Die Spitze wurde dann auf die Rakete montiert und diese wiederum auf der Abschussrampe befestigt. Die Roboter bekamen eine „Startrampe“ aus Stoff, um aus dem sehr engen Starthäuschen – Platzreserve plus minis 1mm Millimeter – auf das von drei Satteliten aufgespannte Dreiecksnetz (10x10x10m) zu kommen.

Der Start erfolgte aus einem Starthaus, in dem die Robies durch wegklappbare Halterungen – ausgelöst durch einen „wire cutter“ – fixiert sind, um die Schwingungen der Rakete beim Aufstieg zu kompensieren.

Der Ablauf des Parabolfluges

Die Rakete startet unter einem Winkel von 80 Grad. In 50 km Höhe , nach ca. 40 Sekunden, wird die Umhüllung der Spitze abgesprengt und das Netz nach 47 Sekunden durch die drei Tochtersatelliten ausgefahren.

Nach einer Stabilisierungsphase des Netzes – in 80km Höhe oder 80 Sekunden – bekommen die Robies das Startsignal zum Krabbeln am Netz. Danach lautet die Devise: „krabbeln“. Nach dem Passieren des Scheitelpunktes in 180km Höhe bis zum Wiedereintritt in die Erdatmosphäre – nach 280sec – sollen sie sich möglichst weit am Netz bewegen.

Während des Fluges der Rakete – Startfenster 13:00 – 13:30 Uhr – wird das Zielgebiet (Durchmesser 8 km in 170 km Entfernung ) – gerade Linie oben – für jeglichen Luft- und Schiffsverkehr gesperrt.

Wetterprobleme

Bei Regen besteht die Gefahr, dass die Trennfugen der Spitzenumhüllung in der Atmosphäre vereisen und nicht weggesprengt werden können. Bei Wind kann das ordnungsgemäße Heraustreten der Rakete aus dem Starthaus und die vorgesehene Flugbahn nicht gewährleistet werden.

Unter diesem Blickwinkel sind auch die Verzögerungen zu betrachten, denen der Raketenstart mit Roby ausgesetzt waren. Der erste Countdown begann am 18. Jänner um 11:00 Uhr bei Regen und leichtem Wind aus West-Norwest, um12:45 Uhr musste abgebrochen werden. Diese Prozedur wiederholte sich bis einschließlich Samstag, 21.1.2006, täglich. „Schuld“ war ein Tiefdruckgebiet.

Rückfragehinweis:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Peter Kopacek
Technische Universität Wien
Institut für Mechanik und Mechatronik, IHRT
[A] Favoritenstraße 9-11, 1040 Wien
[T] +43-1-58801-31800
[E] kopacek@ihrt.tuwien.ac.at