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20:00 30.10.2015
Bauklötze im Weltall: Cube-Sats sind klein, günstig und könnten der Wissenschaft völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Quelle: Fotolia / rnd

In diesem Moment trennt eine Dose mit Eistee nicht viel von einer Raumsonde. „Das ist unser erster Schritt in den Weltraum“, sagt Alexander Kramer und hält die Dose „Ice Tea Lemon” in die Höhe, als wäre sie heilig. Und er meint das ernst. Denn die Dose in seiner Hand ist nicht mit Eistee gefüllt, sondern mit winzigen elektronischen Bauteilen: Satellitentechnologie.

Kramer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Informatik an der Universität Würzburg. Dort hat er den Spezialstudiengang „Space Sciences and Technology“ belegt, in dem angehende Raumfahrtingenieure alles über Satelliten lernen – von der Kommunikationssoftware bis zu Raumfahrtregulierungen. Vor allem aber: Die Studenten bauen selbst Satelliten.

Schwarm von Minitrabanten

Das war lange undenkbar. Satelliten waren tonnenschwere Ungetüme. Sie zu planen und zu konstruieren dauerte ein Jahrzehnt und kostete Millionen. Aber um die Horde der Großsatelliten, die die Erde im All begleitet, wächst mittlerweile ein Schwarm von Minitrabanten. Die Bastelliten sind auf dem Weg, die Raumfahrt nachhaltig zu verändern – und sie schaffen dabei neue Probleme für Datenschützer.

Tatsächlich hat eine Getränkedose ziemlich gute Voraussetzungen für eine Reise ins All: Sie ist leicht, dicht und hält Druck aus. Nicht zufällig erinnern die Module der Internationalen Raumstation an große Getränkedosen. Nur etwas größer sind sogenannte Cube-Sats, die für ernsthafte Anwendungen genutzt werden. Gerade einmal zehn Zentimeter misst jede Kante solcher würfelförmiger Satelliten. Der Winzling, der so schwer ist wie eine Packung Milch, soll ein neues Steuerungssystem testen – und ob auch handelsübliche elektronische Bauteile für den Einsatz im All taugen.

Studenten beim Bau von Uwe-2, der zweiten an der Universität Würzburg entwickelten Kleinsatellitengeneration. Quelle: Universität Würzburg

Klaus Schilling, Leiter der Würzburger Satellitentruppe, brachte das CubeSat-System vor zwölf Jahren nach Deutschland. Damals arbeitete er an der Stanford University mit Robert Twiggs, gewissermaßen dem Vater der Kleinsatelliten.

1999 veröffentlichte Twiggs gemeinsam mit einem Kollegen eine Idee: In Raketen ist neben tonnenschweren Satelliten oder Modulen für Raumstationen meist noch Platz, der mit Gewichten gefüllt wird, um die Rakete im Gleichgewicht zu halten. Was, wenn man diesen Platz mit kleineren Satelliten füllen könnte, fragten die beiden Forscher. Was, wenn die großen Missionen die Cube-­Sat-Boxen huckepack nähmen?

Am 30. Juni 2003 flogen die ersten sechs Würfelsatelliten an Bord einer russischen Rakete ins All. Es war ein Triumph. Klaus Schilling übernahm die Idee für seine Studenten in Würzburg, und 2005 flog Uwe-1 dann als erster deutscher Cube-­Sat ins All. Aber auch andere ließen sich anstecken. Jahr für Jahr wurden mehr Würfel auf eine Umlaufbahn gebracht. Allein im Jahr 2014 waren es 120.

Würfel auf Wassersuche

Insgesamt gab es bislang rund 350 Missionen, von denen viele wissenschaftliche Aufgaben übernahmen: Von 2018 an soll ein Kleinstsatellit der Nasa um den Mond kreisen und aus dem Orbit nach Wassereis suchen. Für etwa 8000 US-Dollar kann sich jeder sein eigenes Bastelliten-Starter-Set nach Hause bestellen.

Dass die fliegenden Würfel nicht nur studentische Fingerübungen sind, zeigt auch das Projekt von Sara Seager. Kürzlich hat die Professorin am Massachusetts Institute of Technology zusammen mit ihren Studenten einen Cube-Satelliten fertiggestellt, der bis auf wenige Bruchteile eines Grades genau ein Ziel in den Tiefen des Raumes anpeilen kann. Zum Beispiel einen Stern fernab unseres Sonnensystems, um den ein Planet kreist.

Suche nach Exoplaneten

Heute kennen Wissenschaftler knapp 2000 solcher „Exoplaneten“. Normalerweise kann man sie nur mit einem Teleskop entdecken. Seager will das ändern. Ihre Cube-Satelliten sollen mit der sogenannten Transitmethode nach neuen fernen Welten suchen. Ein Prototyp wird von 2016 an seine hochempfindliche Kamera auf einen einzigen Stern richten und diesen, wenn alles gut geht, über zwei Jahre nicht mehr aus der Linse lassen. „Wenn sich ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor seinen Stern schiebt, verdunkelt er das Licht des Sterns ein wenig”, sagt Seager.

Irgendwann, hofft die Forscherin, wird ein ganzer Schwarm der „Exoplanetsats“ im All schweben – und dann einen weitaus größeren Teil des Himmels absuchen, als dies bislang möglich ist. Denn die Weltraumteleskope Hubble, Kepler oder das geplante James-Webb-Teleskop können stets nur einen kleinen Ausschnitt des Firmaments ins Visier nehmen.

Die Entwicklung des ersten Planetenjägers kostet noch Millionen US-Dollar. Doch für jeden weiteren, schätzt Seager, wird man nur noch rund 80 000 Dollar aufwenden müssen – ein Bruchteil dessen, was Weltraumteleskope kosten. Es sind sozusagen Discountsatelliten.

Erde unter Beobachtung

Noch ist fraglich, ob die Kleinsatelliten einmal die Aufgaben großer Missionen übernehmen können. Nachrichtenaufklärung, Telekommunikation, Erdbeobachtung und astronomische Forschung: All das können die kleinen Trabanten prinzipiell, allerdings längst nicht so gut wie ihre großen Brüder.

Aber die Winzlinge verändern schon jetzt die Raumfahrt. Nicht nur, weil der Orbit zunehmend dichter beflogen wird. Raumfahrt verwandelt sich zunehmend in ein Geschäftsfeld von Start-up-Unternehmern wie PlanetLabs aus San Francisco. Die Firma will mithilfe von Cube-­Sats hochauflösende Bilder von der Erde schießen und verkaufen.

Die Minispäher werden von der Internationalen Raumstation ISS aus in regelmäßigen Abständen ausgesetzt. So sollen sie einen erdumspannenden Scanner formen, der den ganzen Planeten rund um die Uhr ablichtet. 131 Minisatelliten sollen einmal einen Schwarm bilden, 78 hat PlanetLabs bereits positioniert.

Cube-Sats im Formationsflug

Aus der Sicht von Kritikern entsteht so ein Problem, das den Nutzen der Cube-­Sats überwiegen könnte: der Missbrauch von Daten und die Verletzung von Persönlichkeitsrechten. Wird es einfach sein zu akzeptieren, dass gänzlich unsichtbare Augen aus dem All herabstarren? Werden die Satelliten die Erde in ein „globales Panoptikum“ verwandeln, wie manche befürchten?

Damit zumindest niemand die Daten stiehlt, die zwischen den Minitrabanten und der Erde hin und her fließen, arbeiten die Würzburger Studenten derzeit an der Sicherheit der Kommunikationstechnik. Aber nicht nur daran. Unter Anleitung von Alexander Kramer und anderen Absolventen werkelt eine Generation künftiger Satelliteningenieure an Modellen für Uwe-4, den Nachfolger des aktuellen Würzburger Cube-Sats. Mit neuartigen Schubdüsen sollen sich gleich vier Uwe-4 zu einem Formationsflug zusammenschließen. Es wäre eine weltweite Premiere.

Das European Research Council, die größte europäische Einrichtung zur Förderung der Wissenschaft, hat für die Würzburger Satellitenenthusiasten 2,5 Millionen Euro bereitgestellt. Auch, damit sie Eisteedosen in den Himmel schießen. Es scheint, als warte eine große Zukunft auf die kleinen Satelliten.

Von Christian Honey und Jakob Vicari

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