Kaum Schuhschachte große Nanosatelliten helfen bbei der Demokratisierung des Weltraums.

Nanosatelliten: Die Demokratisierung des Weltraums

Still und leise hat sich im Satellitengeschäft ein Paradigmenwechsel vollzogen: Statt riesigen und milliardenteuren Orbitern erledigen nun tausende, kaum schuhschachtelgroßer Nanosatelliten den Job. Sie sind flexibel und vor allem auch für weniger betuchte Unternehmen und Staaten bezahlbar.

Aufmacherbild: Sateliot

Wer bisher an Satellitentechnik gedacht hat, der dachte an jahrelange Planungsphasen, an weiß vermummte Personen, an Reinräume, glänzende Goldfolien und riesige Kisten von der Größe eines Vans. Rocket Science eben, wie es die Amerikaner nennen. Doch nun ist es Zeit umzudenken. Denn die komplexen und teuren Nachrichten-Satelliten sind aus der Mode gekommen. Ihre Aufgaben übernehmen zunehmend sogenannte Nanosatelliten.

Nanosatellit aus der Garage

Einer der Pioniere auf diesem Gebiet ist Planet Labs. Das US-Unternehmen, das 2010 von den drei ehemaligen NASA-Ingenieuren Robbie Schingler, Will Marshall und Chris Boshuizen gegründet wurde, zeigte gegenüber früheren Raumfahrtunternehmen einen radikal neuen Ansatz. Die drei Amerikaner nutzten den Fortschritt in der Mikroelektronik und schrumpften  die Orbiter auf Schuhschachtelformat. Und diese wurden auch nicht in einem Reinraum zusammengeschraubt, sondern in der sprichwörtlichen Garage. Die verwendeten Teile für ihre liebevoll „Dove“ (Taube) genannten Nanosatelliten waren und sind meist Standardprodukte aus der Industrie. Das macht sie extrem günstig. Ein Exemplar kostet aktuell nicht mehr als ein paar tausend Dollar.

Gespart wird auch beim Transport ins All. Bei den Starts ist Planet Labs nämlich nicht der Hauptkunde, das Unternehmen bucht stattdessen nur übrig gebliebene Nutzlast bei größeren Raketenstarts. Das ist nicht nur sehr günstig, sondern ermöglicht auch häufigere Starts und damit einen schnelleren Austausch der Technologie.

Chris Boshuizen, Will Marshall and Robbie Schingler, die Gründe von Planet Labs im Jahr 2010
Chris Boshuizen, Will Marshall and Robbie Schingler, die Gründe von Planet Labs im Jahr 2010 Bild: Planet Labs

Mit Verlusten wird gerechnet

Und diese wechselt schnell, alle paar Monate gibt es eine neue Sat-Generation. Also noch mehr Müll im All? Wohl nicht, denn Planet Labs verspricht, hinter sich aufzuräumen: „Wir wollen sicherstellen,…, dass jeder nicht funktionierende Satellit innerhalb von 25 Jahren nach seiner Außerdienststellung die Umlaufbahn verlässt“, kündigt Mike Safyan, Vice President of Launch bei Planet, in einem Interview des Internetportals ingenieur.de an.

Mittlerweile hat Planet Labs fast 400 Nanosatelliten gestartet,  rund 180 von ihnen sind noch aktiv. 34 haben ihre Umlaufbahn allerdings gar nicht erst erreicht. Spektakulär war der Verlust von gleich 26 der Minisatelliten, als im Oktober 2014 eine Antares-Rakete beim Start explodierte. Lapidarer Kommentar damals von Marshall: „Raumfahrt ist halt knifflig“. Planet Labs begegnet diesem Risiko mit einer Überproduktion. Bei jedem Start schießen die Amerikaner mehr von den billigen Orbitern in den Weltraum als nötig wäre.  Damit soll sichergestellt werden, dass der Datenfluss aus dem All nicht abreißt.

Die Nanosatelliten vom Typ Dove wurden buchstäblich in der Garage gebaut.
Die Nanosatelliten vom Typ Dove wurden buchstäblich in der Garage gebaut. Bild: Planet Labs

Minisatelliten bringen Erdbeobachtung für alle

Die Aufgabe der Nanosatellitenflotte, die bei Planet Labs „Flock“ heißt, ist nämlich die Erdbeobachtung. Die niedrig fliegenden Orbiter,  können Bilder von bestimmten Gebieten im Zweistundentakt liefern. Anwendungsszenarien gibt es zuhauf. So lassen sich etwa Ausbreitungen von Waldbränden überwachen oder die Auswirkungen von Erdbeben abschätzen. Die Satelliten können auch sehen, wo Urwald illegal gerodet wird oder wie sich das Getreide auf den Feldern entwickelt.

Die Kameras der Dove-Orbiter liefern Bilder mit einer Auflösung von 3 bis 5 Meter pro Pixel. Das ist nicht unbedingt viel, reicht aber für die meisten Anwendungen aus. Seit der Übernahme des Satellitenunternehmens Terra Bella von Google im Jahr 2017 betreibt Planet Labs aber auch 21 SkySats – Mikrosatelliten, die eine Auflösung von etwa 0,5 Meter pro Pixel erreichen. Damit sind dann auch hochauflösende Aufnahmen möglich.

Eine Aufnahme eines Dove-Satelliten von der West-Küste Neukaledoniens. Sie ist Teil des Projektes Allen Coral Atlas zur Riffbeobachtung
Eine Aufnahme eines Dove-Satelliten von der West-Küste Neukaledoniens. Sie ist Teil des Projektes Allen Coral Atlas zur Riffbeobachtung. Bild: Planet Labs

Mit der Übernahme von Terra Bella ist Planet Labs auch zum Hoflieferanten für das Navigationstool Google Earth aufgestiegen. Das Unternehmen stellt hierfür die Satellitenbilder bereit.

Ansonsten verfolgen die Amerikaner bei der der Monetarisierung ihrer Dienste jedoch einen eher demokratischen Ansatz: Das Unternehmen verkauft zwar seine Daten – aber, wie es immer wieder betont, zu dem Käufer angepassten Konditionen: „Wenn Sie ein Bauer in Mosambik sind und Sie die Daten von einem Hektar Land haben wollen, dann bitte, nehmen Sie sich die einfach“, so Robbie Schingler zum Online-Dienst der Zeitschrift Forbes. „Wenn Sie aber ein Rohstoffhändler sind, der wissen will, wie es um die kenianische Getreideernte steht, dann haben wir andere Preise.“ Mit diesem Ansatz soll sichergestellt werden, dass nicht nur eine kleine Elite von finanzstarken Interessenten auf die Satelliten-Daten zugreifen kann, sondern alle, für die sie nützlich sind.

Fliegende Würfel aus dem Baukasten

Ein weiterer Baustein zur Demokratisierung des Weltraums sind die sogenannten CubeSats. CubeSats sind eine Art Industriestandard für Nanosatelliten. Er wurde bereits vor rund 20 Jahren von der Standford University und der California Polytechnic State University entwickelt. Namensgeber ist dabei die in etwa würfelförmige Grundform der Erdtrabanten.

CubeSats sind wahrhafte Nanosatelliten: Die Abmessungen betragen bei der kleinsten Variante, genannt 1U, 11,35 x 10 x 10 cm, die Masse darf 1,33 kg nicht überschreiten. Eine spezielle Startvorrichtung sorgt dafür, dass diese Kleinstsatelliten im Weltraum auf ihre Bahn gelangen. Wie bei Planet Labs werden die Orbiter als Sekundärnutzlast gestartet. Mittlerweile gibt es  die Minisatelliten auch in weiteren Formaten, die das bis zu 16-fache des Volumens der Basiseinheit (16U) aufweisen.

Über die Jahre hat sich um die CubeSats eine ganze Industrie gebildet.  Der Cubesatshop etwa bietet standardisierte technische Bauelemente, vom Gehäuse über Antennen bis hin zu Sensoren und Steuerelementen.  Das ist günstig und erlaubt es etwa auch Start-ups, Studenten oder Forschungseinrichtungen, ihre eigenen Satelliten zu bauen und in den Orbit zu befördern.

ESA stellt Know-how zur Verfügung

Unterstützung für CubeSats kommt auch von der ESA (European Space Agency), die Expertise und auch ihr Kontrollzentrum in Darmstadt zur Verfügung stellt. Das eigens eingerichtete SMILE-Labor bietet einen flexiblen Kontrollraum, eine Reihe von Kleinantennen sowie das Fachwissen und Know-how der ESA.

Die ESA stellt mit dem Projekt SMILE Resourchen für Cube-Sat Entwickler zur Verfügung.
Die ESA stellt mit dem Projekt SMILE Resourchen für Cube-Sat Entwickler zur Verfügung. Bild: ESA

Mit OPS-Sat hat die ESA seit 2019 einen in Graz entwickelten CubeSat im Orbit, mit dem Entwickler einen risikoarmen In-Orbit-Test für neue Software machen können. Diese Programme reichen von neuen Technologien für die Satellitensteuerung bis hin zu intelligenter Software für Raumfahrzeuge. So kann im Weltraum etwa automatische Bilderkennung oder Künstliche Intelligenz getestet werden.

Dabei sind CubeSats nicht nur auf den erdnahen Einsatz beschränkt. So hat etwa die NASA im Rahmen der InSight-Mission zwei 6U-Satelliten im Orbit um den Mars ausgesetzt. Sie dienten als Funkrelais zum gleichnamigen Lander.

Nanosatelliten: Hoffnung für Entwicklungsländer

Die Nano-Satelliten gelten auch als Chance für Entwicklungsländer. Weltweit haben schätzungsweise 1,5 Milliarden Menschen keinen Zugang zu Telefon- und Textnachrichtendiensten.  3,9 Milliarden – also 53 Prozent der Weltbevölkerung – verfügen über keinen Zugang zu 3G-Internetverbindungen. Der Grund: Viele Länder können sich die Infrastruktur für Informations- und Kommunikationstechnik nicht leisten.

Das gilt insbesondere auch für die Versorgung in ländlichen Gebieten. Speziell für diese Regionen förderte die EU das Projekt Pearls Constellation: Ursprünglich 200 Nanosatelliten sollten in eine niedrige Umlaufbahn gebracht und miteinander per Funk verbunden werden. Dadurch sollte ein Netz entstehen, bei dem jeder der Mini-Satelliten gleichzeitig die Funktion einer Basisstation und eines Routers übernimmt. Unterstützt wird das System, bei dessen Entwicklung Sky and Space Global UK federführend ist, durch eine eigene Bodeninfrastruktur und Software. Derzeit ist das Projekt aber in finanziellen Schwierigkeiten. Die „Perlenkette“ soll deshalb in einem ersten Schritt aus nur noch acht Nanosatelliten bestehen.

Das EU-Projekt Pearls Constellation soll Telekommunikationsdienste auch in abgelegene Gebiete von Entwicklungsländern bringen.
Das EU-Projekt Pearls Constellation soll Telekommunikationsdienste auch in abgelegene Gebiete von Entwicklungsländern bringen. Bild: Sky and Space Global

Hochfliegende Pläne für IoT

Nanosatelliten sollen auch das Internet der Dinge (IoT)  dichter knüpfen. So will das spanische Unternehmen Sateliot rund hundert Mini-Satelliten ins Weltall schicken, um IoT-Devices auch in unwegsamem Gebiet in 5G-Netze einzubinden – also dort, wo es keine Infrastruktur gibt.  Zu den potentiellen Kunden gehören etwa Fischfarmen, die Öl- und Gasindustrie oder auch die Agrarindustrie. Ein erster Satellit zur Erprobung der Technologie ist seit März 2021 im All, der kommerzielle Start des Systems ist für 2022 geplant.

Fertigung des OQ-Tiger-2 Satelliten
Fertigung des OQ-Tiger-Satelliten .Bild: OQ Technology

Konkurrenz bekommt Sateliot  von OQ Technology. Das Unternehmen mit Sitz unter anderem in Luxemburg und Dubai hat die gleiche Klientel im Visier:  Es setzt mit seinem Projekt „Tiger-2“ ebenfalls auf IoT und 5G. Als Partner hat sich das Unternehmen die Firma NanoAvionics aus Vilnius ausgesucht. NanoAvionics hat bereits eine ganze Palette an verschiedenen Nano-Satelliten-Plattformen im Angebot, die die Balten „Bus“ nennen. Die Größe reicht dabei von „1U“ bis hin zu Microsatelliten mit bis zu 115 kg. Für Tiger-2 will NanoAvionics seine 6U-Plattform M6P verwenden. Sie ist bereits auf die Aufgabe vorbereitet und hat auch ein Triebwerk zur Bahnkorrektur eingebaut.

 

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