Umlaufende Maschinen, die greifen, greifen und manövrieren, könnten eines Tages die Flotte kleiner Raumfahrzeuge unterhalten, die die Erde umkreisenÜber 20 Jahre lang umkreiste der Satellit Landsat 7 etwa alle 99 Minuten die Erde und machte alle 16 Tage Bilder von fast der gesamten Erdoberfläche.Als eines von vielen Schiffen, die den sich verändernden Globus beobachteten, enthüllte es schmelzende Gletscher in Grönland, das Wachstum von Garnelenfarmen in Mexiko und das Ausmaß der Entwaldung in Papua-Neuguinea.Aber nachdem Landsat 7 der Treibstoff ausgegangen war, endete seine Nutzungsdauer effektiv.Im Weltraum war eine regelmäßige Wartung keine Option.Jetzt hat die NASA jedoch eine mögliche Lösung für solche geschwächten Satelliten.In einigen Jahren plant die Agentur, einen Roboter in die Umlaufbahn zu bringen und ihn in Reichweite von Landsat 7 zu manövrieren. Der Roboter wird einen mechanischen Arm verwenden, um ihn zu greifen und mitten in der Luft zu betanken.Bei Erfolg würde die Mission einen Meilenstein markieren – das erste Mal, dass ein Satellit im Weltraum betankt würde.Und diese Mission ist nur eines von mehreren geplanten öffentlichen und privaten Unternehmungen, bei denen Roboter eingesetzt werden sollen, um Satelliten im Orbit im Wert von mehreren Milliarden Dollar zu reparieren und zu verbessern.Letztendlich könnten Bemühungen wie diese zu besseren und billigeren Satelliten führen, die die Kosten für Internet- und Mobilfunknetze senken, bessere Wettervorhersagen liefern und beispiellose Ansichten über planetare Veränderungen und das Universum liefern.Sie könnten sogar eine neue Welle des Baus im Orbit ermöglichen, bei der Armeen von Robotern Satelliten, Raumstationen und sogar Raumschiffe zum Mars bauen.Derzeit befinden sich etwa 4.852 funktionierende Satelliten im Orbit, die eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation, Fernerkundung und anderen Aufgaben spielen.Fast alle wurden mit dem Wissen gestartet, dass es keine Möglichkeit gibt, es zu reparieren, wenn etwas kaputt geht.Die meisten Satelliten benötigen auch Treibstoff, um ihre Umlaufbahn gelegentlich anzupassen.Sobald das weg ist, können sie zu so viel Weltraumschrott werden, was zu dem bereits beträchtlichen Strom von Trümmern beiträgt, der den Globus umgibt.„Stellen Sie sich vor, Sie würden morgen ein Auto kaufen“, sagt Brian Weeden, Leiter einer Industriegruppe namens Consortium for Execution of Rendezvous and Servicing Operations (CONFERS).„Und man muss bedenken, dass man nie mehr Gas geben kann.Das Öl kann man nie wechseln.Sie können niemals etwas warten oder reparieren.Und Sie müssen es für die nächsten 10 Jahre verwenden.Nun, wie teuer und wie kompliziert wird das Auto Ihrer Meinung nach sein?Genau das haben wir mit Satelliten gemacht.“Um die Satelliten so lange wie möglich am Laufen zu halten, bauen Ingenieure redundante Systeme ein und packen so viel Treibstoff ein, wie sie aufnehmen können.All dieses Overengineering erhöht die Kosten für den Bau und Start der Satelliten – ein moderner Kommunikationssatellit kann etwa 500 Millionen Dollar kosten.Fast alle Bau- und Reparaturarbeiten, die bisher im Weltraum durchgeführt wurden, waren zumindest teilweise auf Astronauten angewiesen, einschließlich Fixes am Hubble-Weltraumteleskop und dem Bau der Internationalen Raumstation.Aber Menschen in den Weltraum zu schicken, ist enorm teuer, daher sind die Bemühungen, Roboter für diese Aufgabe zu entwickeln, in den letzten Jahren gewachsen.„Was wir wirklich gerne tun würden, ist eine Möglichkeit, einen Robotermechaniker im Weltraum zu haben, der Satelliten reparieren kann, wenn sie kaputt gehen“, sagt Carl Glen Henshaw, Leiter der Abteilung für Robotik und maschinelles Lernen am US Naval Research Laboratory.In den letzten Jahrzehnten haben Forscher Fortschritte in Richtung dieses Ziels gemacht.In einem NASA-Demonstrationsprojekt aus dem Jahr 2007 dockten zwei speziell gebaute Raumschiffe im Orbit an und beförderten Treibstoff.Vor kurzem, im Jahr 2020, startete das Luft- und Raumfahrtunternehmen Northrop Grumman erfolgreich zwei „Mission Extension Vehicles“, die mit eigenen Triebwerken und Treibstoff ausgestattet waren und sich an zwei kommerziellen Satelliten befestigten und sie in neue Umlaufbahnen beförderten.Zwei neue Missionen, die voraussichtlich in diesem Jahrzehnt gestartet werden, werden die Wartung noch einen Schritt weiter bringen.Die Demonstrationsprojekte werden halbautonome Roboter verwenden, die mit mechanischen Armen ausgestattet sind, um umlaufenden Satelliten Treibstoff hinzuzufügen und sogar einfache Reparaturen durchzuführen.Henshaw seinerseits arbeitet an Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites, einer von der US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanzierten Mission.Wenn ihm eine für 2024 geplante Demonstration gelingt, wäre dies das erste Mal, dass es einem Roboterfahrzeug gelingt, einen Satelliten zu greifen, der nicht speziell für das Andocken an ihn entwickelt wurde.Henshaw und seine Kollegen haben kürzlich im Annual Review of Control, Robotics, and Autonomous Systems einige der Herausforderungen untersucht, die bei der Wartung von Satelliten mit Weltraumrobotern auftreten.Es gibt viele solcher Herausforderungen.Da vorhandene Satelliten niemals gewartet werden sollten, fehlen ihnen die Markierungen, sogenannte Fiducials, die es einem Roboter erleichtern würden, sich visuell am sich bewegenden Satelliten zu orientieren.Es gibt keine Vorrichtungen, an denen sich der Roboter festhalten kann.Und die Teile eines Satelliten, die hervorstehen, wie Antennen und Solarpanels, neigen dazu, zu zerbrechlich zu sein, um sie zu greifen.Ein weiteres Problem ist die Zeitverzögerung zwischen dem Roboter und der Erde.Bei einem Roboter, der in einer geosynchronen Umlaufbahn in etwa 35.000 Kilometern Höhe operiert, führen Entfernung und Signalverarbeitung zu einer Kommunikationsverzögerung von mehreren Sekunden zwischen dem Roboter und seinen Steuerungen auf der Erde.Der Roboter muss also die wichtigsten Aufgaben alleine bewältigen.Auf der positiven Seite kann die Arbeit auf bestehenden Roboterarmen im Weltraum aufbauen, darunter zwei, die derzeit auf der Internationalen Raumstation verwendet werden.Für eine Demonstrationsmission planen Henshaw und seine Ingenieurskollegen, einen der Tausenden von alten, inaktiven Satelliten auszuwählen, die in abgelegenen Umlaufbahnen „geparkt“ sind.Ein Roboter würde die Umlaufbahnen mit dem Satelliten abgleichen und mithilfe von Kameras und einem Laser-Entfernungsmesser bis auf etwa zwei Meter manövrieren.Wenn er nahe genug ist, würde der Roboter mit einem seiner beiden Arme einen Aluminiumring greifen, der den Satelliten zuvor an der Trägerrakete verankert hatte.Der andere Roboterarm wäre in der Lage, Solarzellen oder Antennen anzustoßen, die sich nicht richtig entfaltet haben – ein Problem, das alle zwei oder drei Jahre auftritt, sagt Henshaw.Und es wäre in der Lage, neue Instrumente außen an Satelliten anzubringen, etwa leistungsfähigere Sender, Kameras oder Antennen.Irgendwann nach 2025 plant die NASA, einen noch ehrgeizigeren Roboter auf den Markt zu bringen.Der On-Orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing 1 (OSAM-1)-Roboter würde zunächst einen komplexen Betankungsvorgang eines bestehenden Satelliten verwalten.Dann würde es beweisen, dass es völlig neue Strukturen im Weltraum bauen kann.Landsat 7 steht an erster Stelle auf der To-do-Liste von OSAM-1.Der 1999 vom US Geological Survey in eine etwa 700 Kilometer hohe erdnahe Umlaufbahn gebrachte Satellit wurde von fortschrittlicheren Satelliten übernommen.Aber es bietet Wissenschaftlern die Möglichkeit, die Roboterbetankung zu testen.„Vor über zwanzig Jahren haben Techniker den Satelliten in Vorbereitung auf seinen Start mit Treibstoff versorgt, und sie hätten nie gedacht, dass jemals wieder jemand diese Schnittstelle berühren würde“, sagt Brent Robertson, OSAM-1-Projektmanager der NASA.OSAM-1 wird seinen Roboterarm verwenden, um eine Isolationsschicht zu durchtrennen, zwei Drähte zu durchtrennen und eine Schraube zu lösen, bevor ein Schlauch angeschlossen und 115 Kilogramm Hydrazin-Treibstoff hineingepumpt werden, sagt Robertson.(Siehe Video hier.)Obwohl die Reparatur und Wartung bestehender Satelliten das unmittelbarste Ziel ist, sind die Montage und Fertigung im Orbit auf lange Sicht möglicherweise wichtiger.OSAM-1 zum Beispiel hat eine zusätzliche Mission, die einen separaten Roboter namens Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER) tragen wird, der demonstrieren soll, dass er Dinge im Weltraum zusammenbauen kann.Die erste Aufgabe von SPIDER wird darin bestehen, eine siebenteilige, drei Meter lange Antenne zusammenzubauen, die in die Umlaufbahn getragen wird.Mit einem dem 3D-Druck ähnlichen Verfahren will OSAM-1 auch zeigen, dass es Strukturkomponenten von Grund auf neu bauen kann, indem es starke und dennoch leichte Verbundträger aus Spulen von Kohlefasern und anderen Textilien herstellt.Balken wie diese könnten verbunden werden, um strukturelle Komponenten eines Satelliten oder anderer umlaufender Strukturen zu bilden.Wenn die jetzt geplanten Missionen erfolgreich sind, könnte die Robotik eine neue Ära des Weltraumbaus einleiten, die heute unerschwinglich ist – Treibstoffdepots, Weltraumbergbau, geräumigere Raumstationen für den Weltraumtourismus und sogar im Orbit gebaute Raumschiffe zum Mars.„Wir wollen zeigen, dass wir diese Dinge bauen können.Das hat noch niemand gemacht“, sagt Robertson.„Wenn Sie die Fähigkeit haben, Dinge im Weltraum zusammenzubauen, können Sie Ihr eigenes Material mitbringen oder sich Material zusenden lassen.Und man kann viel größere Dinge bauen.“© 2023 Smithsonian Magazine Datenschutzerklärung Cookie-Richtlinie Nutzungsbedingungen Werbehinweis Meine Daten verwalten Cookie-Einstellungen