Forschung

Kleinsatelliten entwickeln sich in verschiedenen Anwendungsgebieten zunehmend zu ernst zu nehmenden Alternativen zu konventionellen Satellitenplattformen. Durch die Verwendung kommerziell verfügbarer Komponenten ist es möglich, Kleinsatelliten mit leistungsfähiger Hardware zu vergleichsweise geringen Kosten zu entwickeln. Besonders fortschrittlich war der Trend zur Integration verschiedener Elemente eines Mikroprozessorsystems oder sogar mehrerer Mikroprozessoren und Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) auf einen einzigen Chip, einem sogenannten System on a Chip (SoC). 

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Im Weltraum gibt’s keine Luft: Wärme wird daher vorrangig durch Strahlung aufgenommen und abgegeben. Das ist im Detail komplex, weil jede Komponente eines Satelliten seine Wärme in alle Richtungen abstrahlt. Die Wärme wird daher von allen anderen Komponenten des Satelliten aufgenommen, die Sichtkontakt haben. Das kann zum Problem werden: Viele Komponenten von Satelliten dürfen weder zu heiß noch zu kalt werden, zum Beispiel Batterien, Treibstofftanks und Elektronik. Daher werden Satelliten vor dem Start in Thermal-Vakuum-Kammern getestet, um die Betriebsgrenzen sicherzustellen.

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Nach 60 Jahren Raumfahrt nimmt die Verschmutzung vielgenutzter Erdumlaufbahnen durch Raumfahrtrückstände kritische Dichten an. Der Großteil dieser als Space Debris bezeichneten Objekte stammt aus Explosionen und Zusammenstößen, wobei letztere sowohl unabsichtliche Kollisionen als auch die geplante Demonstration militärischer Antisatellitenmaßnahmen umfassen.

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Im Projekt Micro Satellite Military Utility Project Agreement (MSMU PA) im Rahmen des Responsive Space Capability Memorandum of Understanding (RSC MoU) untersucht das Fraunhofer EMI für die Bundeswehr im Team mit neun Partnernationen den militärischen Nutzen von Kleinstsatelliten.

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Das Fraunhofer EMI entwickelt derzeit den ersten Fraunhofer-Satelliten ERNST. ERNST ist ein 12U- Nanosatellit, der mit einer kryogekühlten Infrarot- nutzlast das Potenzial und die Agilität dieser Satellitenklasse für die Bundeswehr demonstrieren wird.

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Das Fraunhofer EMI steht in der Raumfahrtbranche für in Umfang und Qualität außergewöhnliche experimentelle und numerische Simulation von Hypervelocity-Impaktvorgängen, wie sie bei Kollisionen von Space Debris mit Raumfahrtsystemen oder  Asteroiden auf planetaren Oberflächen auftreten. Im Rahmen unserer neuen Aktivitäten im Bereich der Kleinsatelliten haben wir unser Testspektrum zur Raumfahrtqualifikation für Komponenten und CubeSats erweitert.

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Seit 2008 befindet sich das Columbus-Modul  der Internationalen Raumstation (ISS) im Orbit.  Seit dieser Zeit schlagen Teilchen natürlichen und anthropogenen Ursprungs dort ein. Dagegen ist  es gut geschützt, denn der Schutzschild wurde  am Fraunhofer EMI entwickelt und getestet.

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Beim Impakt auf ein Raumfahrzeug werden Fragmente ausgeschleudert. Mit der am EMI entwickelten Fragmentverfolgungsmethode können die Eigenschaften dieser Fragmente erstmals detailliert vermessen werden. Ziel ist es, den Einfluss der Weltraumteilchenumgebung auf Bahn und Lage von Satelliten vorherzusagen.

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Die EMI Data Processing Unit (DPU) ermöglicht diese leistungsfähige Bildverarbeitung an Bord von kleinen Satelliten.

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Das Fraunhofer EMI untersucht experimentell das Schutzschildkonzept der zukünftigen Raumstation TianGong.

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Mit dem Nanosatelliten ERNST entwickelt das Fraunhofer EMI eine eigene modulare Plattform, um die Leistungsfähigkeit dieser Satellitenklasse zu demonstrieren und ebenfalls die Dynamik des Kleinsatellitenmarkts zu nutzen.

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Satelliten müssen nach dem Ende ihrer Mission aus der Umlaufbahn entfernt werden. Dazu benötigt ein Satellit eine Vorrichtung für das De-Orbit-Manöver. Ein solches entwickeln wir am Fraunhofer EMI für unseren Nanosatelliten ERNST.

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Weltraummüll bewegt sich mit einer hohen orbitalen Geschwindigkeit und stellt ein zerstörerisches Risiko für Satelliten dar. Zur Gefahrenabschätzung für Raumfahrtmissionen werden Simulationsmethoden zur Erfassung von Weltraummüllmengen angewandt, die auf Ereignisdatenbanken und Abschätzungen basieren. Um ein besseres und realitätsnäheres Verständnis des Risikos zu bekommen, werden am Fraunhofer EMI numerische Methoden zur virtuellen Nachstellung von komplexen Kollisionsereignissen im Orbit entwickelt.

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Satellitengestützte Dienstleitungen wie die Wettervorhersage, Navigation oder Kommunikationsanwendungen prägen unser alltägliches Leben. Um die Entwicklung dieser Dienste noch schneller als bisher voranzubringen, stellt der Einsatz von sogenannten Nanosatelliten ein enormes Potenzial dar. Die Nanosatelliten sind zum Teil nicht größer als ein Schuhkarton und können mit deutlich geringeren Kosten und Entwicklungszeiten zu einem schnelleren Innovationszyklus beitragen. Durch die Kostenreduzierung der leistungsfähigen Nanosatelliten werden zudem Satellitenkonstellationen ermöglicht, welche wiederum völlig neue Möglichkeiten in der Erdbeobachtung bieten.

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