Rendezvous mit einem Fremdsatelliten
Mit einem ganz besonderen Ziel ist ein einzigartiger Versuch am German Space Operation Center (GSOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gestartet. Das Experiment AVANTI (Autonome Visuelle Anflug-Navigation und Target Identifikation) soll zeigen, wie ein Satellit einen Flugkörper im All erkennen und autonom daran heranfliegen kann. Diese Fähigkeit wird in der Zukunft notwendig, um alte und inaktive Satelliten sowie Weltraumschrott im Weltall einzufangen und auf eine sichere Umlaufbahn zu bringen. Dazu nutzen die Wissenschaftler den vor kurzem gestarteten Kleinsatelliten BIROS und den von ihm ausgesetzten Nanosatelliten BEESAT-4. Die Technologie für das Experiment ist dabei auf BIROS stationiert, der den "Fänger"-Satelliten darstellen soll. Der kleine BEESAT-4 dient im Versuch als "inaktiver" Satellit.
AVANTI wird vollkommen autonom eine optimierte Flugroute für BIROS berechnen, damit dieser das anvisierte Objekt anfliegen kann. "Mit AVANTI versuchen wir zu beweisen, dass es möglich ist sich auf sicheren Weg passiven oder nicht-kooperativen Objekten anzunähern, die in einer größeren bis mittleren Entfernung treiben. Für dieses Experiment sind die beiden Satelliten BIROS und BEESAT-4 perfekt geeignet. AVANTI benötigt für die Relativnavigation nur ein einfaches Sensorsystem, weshalb wir die Sternkamera, die sich bereits auf BIROS befindet, als monokulare Kamera nutzen können.", erklärt Dr. Gabriella Gaias, Projektleiterin am GSOC. "Eine besondere Herausforderung ist dabei, dass sich BIROS auf einem niedrigen Erdorbit befindet. Dadurch befinden sich beide Satelliten in regelmäßigen Abständen in Schattenphasen, wodurch BEESAT-4 für die Kamera nicht mehr sichtbar ist."
Für die Systeme an Bord des Fängersatelliten nutzen die Wissenschaftler des DLR verbesserte Algorithmen für die Steuerung, Navigation sowie die Kontrolle des "Fängers". Nacheinander führt AVANTI dann eine Reihe von Messungen durch. Zunächst nimmt die Sternkamera Ausschnitte des vermuteten Zielgebietes auf. Ein Bildverarbeitungsprogramm analysiert die Aufnahmen, identifiziert darauf den Flugkörper und misst die Peilung zum Objekt. Im Anschluss wird der Algorithmus für die relative Echtzeit-Navigation mit Informationen aus den Peilungs-Messungen und den Daten der kalibrierten Flugmanövern gefüttert, mit dem dann die Relativbewegung von BEESAT-4 berechnet werden kann. Die daraus resultierende relative Position und Geschwindigkeit des Zielobjekts kann letztendlich für die Manöver-Planung genutzt werden, um eine sichere und effiziente Flugroute zum Erreichen von BEESAT-4 programmieren zu können.
Die Gefahr, die von passiven und nicht-kooperativen Flugkörpern im All ausgeht, ist schon seit langem bekannt. Spätestens die 2009 erfolgte Kollision zweier Satelliten führte der globalen Raumfahrtgemeinde vor Augen wie fatal Weltraummüll, insbesondere Alt-Satelliten, sein können. Mit AVANTI setzt das GSOC das Experiment ARGON fort, das die Wissenschaftler bereits 2012 erfolgreich ausgeführt hatten. Damals befand sich die Technologie auf der schwedischen Mission PRISMA. Im Gegensatz zu ARGON kann AVANTI seine Aufgabe vollkommen autonom ausführen und ohne weitere Informationen von dem Kleinsatelliten zu bekommen. Zusammen mit dem niedrigen Erdorbit, auf dem das Experiment stattfindet, sind die Bedingungen für AVANTI deutlich anspruchsvoller als bei dessen Vorgängermission.