Eine künstlerische Visualisierung des StarFOX-Schwarms (Bildnachweis: NASA/Blue Canyon Technologies)
Wissenschaftler versuchen, eine neue Art von Satelliten zu bauen, und haben kürzlich ihre Idee mit dem Starling Formation-Flying Optical Experiment, oder „StarFOX“, getestet. Vielleicht denken Sie jetzt an die Retro-Videospielserie Star Fox – und Sie hätten Recht, wenn Sie sich dieses Experiment als real gewordene Science-Fiction-Fantasie vorstellen würden. Allerdings gibt es hier keine raumfahrenden Tiere.
Grundsätzlich ist StarFOX ein Quartett kleiner Satelliten, die im Tandem arbeiten – ein „Satellitenschwarm“, wie er manchmal genannt wird. Dieses Konzept ist nicht ganz neu, aber es gibt etwas, das StarFOX von den üblichen Satellitenschwärmen unterscheidet. Normalerweise sind diese Konglomerate bei der Orientierung auf externe Hilfe angewiesen. Die vier StarFOX-Satelliten können jedoch ihre eigene Position mit Hilfe von Bordkameras bestimmen – eine Fähigkeit, die ihnen einen autonomen Betrieb weit über die Erdumlaufbahn hinaus ermöglichen könnte.
Ingenieure tüfteln schon seit Jahren an Satellitenschwärmen, vor allem weil mehrere Satelliten einen größeren Bereich abdecken können als ein einzelner. Schwärme sind möglicherweise auch weniger anfällig für schnell fliegenden Weltraumschrott – wenn ein Satellit ausfällt, bleiben seine Kollegen erhalten.
Aber jeder Satellit in einem Schwarm muss perfekt koordiniert sein. Das funktioniert gut genug in der Erdumlaufbahn, wo sich Schwärme auf externe Satellitennavigationssysteme wie GPS verlassen können. Bei größeren Entfernungen können die Satellitenschwärme jedoch nicht mehr auf diese wichtige Infrastruktur zurückgreifen. Sie müssen dann ganz allein navigieren. Aus diesem Grund haben die Entwickler von StarFOX – Forscher der Stanford University und des Ames Research Center der NASA – einen alternativen Ansatz entwickelt. Sie statteten jeden der vier StarFOX-Würfelsatelliten mit einem Paar Sternenverfolgungskameras aus.
An Bord durchforsten Algorithmen die Kamerabilder, um Objekte herauszufiltern – zum Beispiel Trümmerteile -, berechnen dann die jeweiligen Winkel dieser Objekte zueinander und nutzen diese Berechnungen, um die Umlaufbahnen der Satelliten zu schätzen. Diese Methode hat auf dem Boden gut genug funktioniert, aber Bodentests sind kein Ersatz für Tests in der realen Welt.
Also hob StarFOX am 17. Juli 2023 zu einem In-Orbit-Test ab. Dank der Beobachtung durch mehrere Satelliten und der Ermittlung der Winkel berechnete der Schwarm tatsächlich die Position jedes einzelnen Satelliten im Vergleich zu seinen Kollegen – mit einer Genauigkeit von 0,1 % der tatsächlichen Werte. Selbst wenn nur ein Satellit beobachtet, berechnet die Methode die Position jedes Satelliten mit einer Genauigkeit von 0,5 %.
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Die Methode „erfordert keine zusätzliche Hardware, selbst wenn sie auf kleinen und preiswerten Raumfahrzeugen eingesetzt wird“, so Simone D’Amico, Luft- und Raumfahrtingenieurin an der Stanford University und eine der Erfinderinnen von StarFOX, in einer Erklärung.
D’Amico und Kollegen präsentierten ihre Ergebnisse auf der Small Satellite Conference, einem Treffen von Forschern und Ingenieuren, die sich mit Schwarm-Satelliten beschäftigen. Die Forscher luden ihre Arbeit am 10. Juni auch als Vorabdruck in die Datenbank arXiv hoch.
