Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Satellitentechnik: Jungfernflug ins Weltall geglückt

09.06.2016

Studierende der Luft- und Raumfahrtinformatik haben einen Sensor entwickelt, der seine Lage im Weltraum bestimmen kann. Bei einem Raketenflug im Norden Schwedens haben sie ihn getestet. Nun steht fest: Er ist zu Höherem berufen.

„Three...two...one...zero...engine running: Liftoff!“ Als REXUS20 am 15. März 2016 um 06:24 Uhr Ortszeit in Kiruna, der nördlichsten Stadt Schwedens, vom Grund des Esrange Space Centers abhob, erreichte die Spannung ihren Höhepunkt.


Das Würzburger PATHOS-Gerät hat einen Durchmesser von 35 Zentimetern und ist zwölf Zentimeter hoch. Für künftige Einsätze muss es deutlich kleiner gebaut werden.

(Foto: Team PATHOS)

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, um in der Thermosphäre in 77 Kilometer Höhe kehrt zu machen und mit Hilfe eines Fallschirms sicher und wohlbehalten wieder auf der Erde zu landen.

Knapp drei Monate später, nach Auswertung der rund 10.000 Bilder, die eine Kamera während des Fluges eingefangen hat, wissen neun Studierende der Luft- und Raumfahrtinformatik der Universität Würzburg: Ihr Vorhaben, auf das sie 17 Monate lang hingearbeitet hatten, war erfolgreich. Sie haben es geschafft, einen Sensor zu entwickeln, der seine Lage im Weltraum bestimmen kann.

Neun Studierende haben den Sensor gebaut

Position-vector Acquisition Through Horizon Observation System, kurz PATHOS: So heißt der Sensor, der in Größe und Form einer Pizza ähnelt und der aus Kamera, Mini-Computer und weiteren elektrischen Komponenten besteht. Moritz Aicher, Kevin Chmiela, Jonas Ehnle, Elke Heidmann, Bastian Klein, Felix Klesen, Florian Kunzi, Liviu Stamat und Dominik Wagner haben ihn im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms gebaut.

Bei diesem 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), auf denen Studierende selbst entwickelte Experimente unter Weltraumbedingungen testen können.

„Begonnen hat alles im Herbst 2014“, erinnert sich Elke Heidmann, eine der Studierenden. Ihr Team, das von Hakan Kayal, Professor für Raumfahrttechnik an der Universität Würzburg, und dessen Mitarbeitern betreut wird, hatte 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 Informatikerin. Anschließend sei es an die Programmierung der Software gegangen.

Wie PATHOS seine Lage im Weltraum erkennt

Deren Herzstück ist ein Algorithmus, den die Studierenden über mehrere Monate hinweg geschrieben und später in Form eines Mini-Computers auf dem PATHOS-Sensor installiert haben. „Der Algorithmus hat die Aufgabe, die Bilder, die während des Weltraumflugs entstehen, zu verarbeiten“, erklärt Heidmann. „Hat er das geschafft, erkennt er den Horizont der Erde und verwendet diese Linie, um einen Vektor in Richtung Erdmittelpunkt zu berechnen.“ Auf diese Weise könne er die Lage des Sensors exakt bestimmen.

Warum ein normaler Computer im Weltall versagen würde

Den Raketenflug, bei dem die Studierenden PATHOS testen konnten, hatten sie zuvor mehrfach simuliert. Möglich machte das die Thermal-Vakuum-Kammer im Institut für Informatik, in der derselbe Luftdruck herrscht wie im Weltall – nämlich nahezu Vakuum. Diesen Umstand mussten die Studierenden auch beim Bau des Computers berücksichtigen, wie Professor Kayal erklärt: „Im Weltraum gibt es keine Luft. Das heißt, normale Lüfter, die typischerweise in einem PC verbaut sind, hätten keinerlei Wirkung. Deshalb würde ein durchschnittlicher Computer, wenn man ihn ins Weltall schicken würde, überhitzen und nach kurzer Zeit kaputt gehen.“

Umso erfreuter waren die Studierenden, dass das mit ihrem Computer nicht passierte. „Er hat die Tests in der Thermal-Vakuum-Kammer bei hohen Temperaturen erfolgreich bestanden“, berichtet Heidmann. Und das Entscheidende: Auch den Raketenflug überstand der PC schadlos. „Er hat gut verwertbare Bilder gesendet und den Horizont der Erde eindeutig erkannt“, freut sich die Studentin über das Ergebnis der Auswertung. Auch Professor Kayal ist begeistert: „Das ist ein voller Erfolg, den sich die Studierenden durch ihre harte Arbeit redlich verdient haben.“

Wo der Sensor später einmal verwendet werden könnte

Nachdem PATHOS seinen Jungfernflug ins Weltall bravourös gemeistert hat, steht für die Studierenden fest: Das System ist zu Höherem berufen. „Es könnte in einigen Jahren in einem Kleinsatelliten der Universität verwendet werden“, hofft Heidmann.

Konkret gehe es darum, Satelliten künftig zu helfen, wenn diese ins Taumeln geraten. „Wenn das passiert, ist es wichtig, den Satelliten so schnell wie möglich wieder zu stabilisieren. Dazu muss er aber wissen, wo er sich gerade befindet; er benötigt einen Bezugspunkt, an dem er sich orientieren kann. Diesen Bezugspunkt liefert PATHOS.“

Bis es allerdings soweit ist, muss das Gerät noch einmal 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. „Das ist im Moment noch Zukunftsmusik“, betont Heidmann. Nun gehe es zunächst darum, die Auswertung des Fluges in Form einer Abschlussdokumentation vorzulegen. „Damit wäre das Projekt offiziell beendet.“ Inoffiziell, da sind sich die Studierenden einig, werden sie es weiterführen.

Stichwort: REXUS/BEXUS

Das Programm REXUS/BEXUS (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) bietet Studierenden die Möglichkeit, den vollständigen Ablauf eines Raumfahrtprojekts kennenzulernen. Dieses beginnt mit der Idee und Planung und endet mit der Veröffentlichung der Ergebnisse. Dazwischen entwerfen, bauen und testen die Studierenden ihre Experimentausrüstung, nehmen aktiv an der Ballon- oder Raketen-Startkampagne teil, führen die Versuche während des Flugs durch und werten die gewonnenen Daten aus.

Das DLR-Raumfahrtmanagement und die Schwedische Nationale Raumfahrt-Behörde SNSB haben ein Abkommen zur gemeinsamen Durchführung des Programms geschlossen. Daher stehen je 50 Prozent der Raketen- und Ballon-Nutzlasten deutschen und schwedischen Studierenden zur Verfügung. SNSB hat den schwedischen Anteil für Studierende aller ESA-Mitgliedsstaaten sowie der kooperierenden Staaten geöffnet. Jährlich im Juni schreiben die Raumfahrt-Agenturen den Ideenwettbewerb für BEXUS-Flüge im folgenden Jahr und REXUS-Flüge im übernächsten Jahr neu aus.

Kontakte

Elke Heidmann, PATHOS-Projekt, elke.heidmann@pathos-rexus.eu, team@pathos-rexus.eu

Prof. Dr. Hakan Kayal, Lehrstuhl für Informatik VIII, T (0931) 31-86649,
hakan.kayal@uni-wuerzburg.de

Hinweis für Redaktionen und Journalisten:

Fotos vom Projekt hat das Team PATHOS zum Download für Pressezwecke auf Google Drive bereitgestellt. Fotocredit jeweils „Team PATHOS“:
https://drive.google.com/folderview?id=0B9E9rdHxkodSaU1IYTREZWtWRE0&usp=driv...

Weitere Informationen:

http://www.pathos-rexus.eu Zur Website von PATHOS
http://www.rexusbexus.net/ Zur Website von REXUS/BEXUS
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2282/3421_read-10516/ Zur Website des DLR

Robert Emmerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren
19.02.2020 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik
19.02.2020 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

10.000-mal schnellere Berechnungen möglich

20.02.2020 | Physik Astronomie

Darmkrebs: Erhöhte Lebenserwartung dank individueller Therapien

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Krebsstammzellen nachverfolgen

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics