Nanosatelliten: Weltraum für jedermann

Icon AstronomieEine der Computerrevolution vergleichbare Entwicklung bringt den Zugriff auf nahe Erdumlaufbahnen ins Wohnzimmer. Der Hochenergiephysiker und Gründer Peter Platzer beschreibt, wie ›Nanosatelliten‹ – winzige Satelliten, die um ebenso winziges Geld gestartet und betrieben werden können – die Gesellschaft verändern könnten.

Peter PlatzerIn künftigen Tagen wird jede Person auf diesem Planeten – im doppelten Wortsinn – ›allgegenwärtigen‹ Zugriff auf den Weltraum haben. Dieser Satz klingt möglicherweise etwas vollmundig, vielleicht sogar im Grenzbereich zur Science Fiction. Und doch lässt ein Blick auf Geschichte und Entwicklung der Technik ihn beinahe unausweichlich erschienen.

Eine der Computerrevolution vergleichbare Entwicklung

Die aufkeimende Industrie der kommerziellen Raumfahrt durchlebt einen vergleichbaren Ablauf, wie er bereits im späten 20. Jahrhundert von der Computerrevolution vorexerziert wurde.

Vor lediglich 30 Jahren war der Zugang zu Computern nur einem eingeschränkten Personenkreis vorbehalten, elitär und teuer. Heute sind Computer allgegenwärtig, billig und stehen jedermann zur Verfügung. Durch Programme wie ›One Laptop per Child‹ oder dem weltweiten Einsatz von Smartphones betrachten Menschen selbst in Entwicklungsländern den Zutritt zu Computern und den Zugang zum Netz als Notwenigkeit, ja sogar eine Art wirtschaftliches Grundrecht.

In wenigen Dekaden formte die Computertechnik ganze Gesellschaften radikal um – von Wegbeschreibungen für Fußgänger jeder beliebigen Stadt dieser Erde bis hin zur Möglichkeit, Geld per SMS in die entlegensten Winkel Afrikas zu überweisen. Niemand hätte in den 1980ern vorhersagen können, in welch dramatischer Weise sich unser Alltag dank Computern verändern würde. Nun wiederholt sich diese 30-Jahres-Story im Weltraum – in einem noch atemberauberenden Tempo und möglicherweise mit noch dramatischeren Auswirkungen.

In der Vergangenheit war der Zugang zum Weltraum elitär und wahnwitzig teuer, sodass dieser lediglich Regierungen, Militär und einigen wenigen große Firmen offen stand. Heutzutage verändern Firmen wie NanoSatisfi, NanoRacks und SkyBox den Himmel mit Nanosatelliten in derselben Weise wie der Personal Computer die IT-Branche. Ursprünglich eingeführt von IBM und dann „gekloned“ viele Male in Asien, machte der PC den Mainframe Computer obsolet und läutete so die moderne technische Ära ein. Im Zuge dessen veränderte sich unsere Gesellschaft radikal und – zumindest im Allgemeinen – zum Besseren.

Nanosatelliten demokratisieren den Zugang zum All

So wie jeder, der die Computerrevolution nicht mitmachte, durch das Internet doch einen Platz erste Reihe fußfrei im Computerzeitalter haben kann, ermöglichen es nun Nanosatelliten den Massen den Weltraum zu erkunden.

Nanosatelliten sind mit einer Kantenlänge von 10 cm überraschend klein (Abbildung 1).

NanosatellitAbbildung 1. Ansicht eines Nanosatelliten, der bereits erfolgreich im Weltraum unterwegs ist. Aufbau (großes Bild) und Außenrahmen (rechts). Der Kubus hat 10 cm Kantenlänge, wiegt etwa 1 kg und ist mit Kameras und einer Reihe von Sensoren ausgestattet, welche optische Eigenschaften, radioaktive Strahlung, Temperatur, Magnetfelder etc. messen. Die Kommunikation mit der Bodenstation erfolgt auf zahlreichen Kanälen und Frequenzen. Maximal lassen sich drei derartiger Würfel übereinander stapeln.

Entwicklung, Bau und Start eines derartigen Nanosatelliten verursachen Kosten in Höhe von nicht einmal einer Million US-$; das Produkt kann somit zumindest leihweise grundsätzlich jedermann zur Verfügung gestellt werden – Schülern ebenso wie Erwachsenen. Das erste Kickstarter.com-Projekt ging 2012 online, und zwischenzeitlich gab es dutzende weitere Projekte, durch die Einzelne in die Lage versetzt werden, Daten und Bilder in der Umlaufbahn zu sammeln. Für rund 200 € pro Woche kann ein derartiger Nanosatellit gemietet und für eigene Anwendungen eingesetzt werden.

Meine Organisation – ArduSat – schickte die ersten beiden, via CrowdFunding durch private Investoren finanzierten, Satelliten in ihre Umlaufbahnen. Mit einer Reihe anderer Organisationen in diesem Feld – darunter Arkyd – und Pionieren wie Tim Debenedictis bilden wir die Speerspitze im Bestreben, uneingeschränkten Zugang zum All für alle zur Verfügung zu stellen.

Falls Sie der kürzlich angelaufene Weltraum-Thriller ›Gravity‹ in seinen Bann gezogen hat, so malen Sie sich einmal die wesentlich umfangreicheren Möglichkeiten aus, die sich durch individuelle Satellitenanwendungen für Unterhaltung, Ausbildung und Myriaden praktischer Anwendungen ergeben! Nanosatelliten bringen das All in den Alltag (Abbildung 2).

Nanosatellit auf seiner UmlaufbahnAbbildung 2. Nanosatellit auf seiner Umlaufbahn (computergenerierte Darstellung von ArduSat).

Es können Dutzende Nanosatelliten gleichzeitig ins All gebracht werden. Anstelle eines einzigen, großen Satelliten wird nun ein Netzwerk von hunderten Nanosatelliten errichtet und damit eine wesentlich umfassendere Erhebung von Daten erzielt.

Vermehren Nanosatelliten den Weltraumschrott?

Die Umlaufbahnen herkömmlicher großer Satelliten befinden sich meistens in Höhen von rund 1000 km. Unbrauchbar gewordene und in Trümmer zerfallene Satelliten verbleiben dort „auf ewig“ und „müllen“ diese Zonen zu.

Für Nanosatelliten werden wesentlich niedrigere Umlaufbahnen gewählt, in welchen sie sich nach 2 – 3 Jahren selbst in ihre Ausgangsmaterialien, bis hin zu ihren Atomen, zersetzen: das sind u.a. Aluminium, etwas Gold, Eisen etc.

Was kann man mit Nanosatelliten anfangen?

Eine häufig gestellte Frage ist die nach der ›Killerapplikation für individuelle Satelliten‹. Da weiche ich gern etwas aus: Als ich in den 1980ern noch die Schulbank drückte, war der allgemeine Konsens über die Killeranwendung für personalisierte Computer die überwältigende und must-have Aussicht, Küchenrezepte zu speichern. Kein Scherz!.

Das macht deutlich, wie engstirnig wir sein können, wenn wir mit neuen Technologien konfrontiert werden, die das Potenzial haben, alles radikal zu verändern. Tatsächlich bezweifle ich, dass irgendjemand die Frage nach ›der Killerapplikation‹ für Nanosatelliten heute schon beantworten könnte. Satelliten werden reifen und sich durch den Einfalls- und Erfindungsreichtum Einzelner und der Gesellschaft weiterentwickeln.

Alles, was wir dazu beitragen können, ist, mögliche Anwendungen zu antizipieren und mit einander zu teilen. Dann bleibt nur noch, diese Industrie in ihrer Entwicklung zu beobachten.

Meine persönliche Vision ist eine, in der…

  • …ich nie wieder im August auf einem Berg eingeschneit werde, weil zu wenig Wetterdaten für eine zuverlässige Prognose zur Verfügung standen.
  • …wir präzisere Modelle zu Bereichen wie Klimawandel, Dürre oder anderen Naturkatastrophen wie Erdbeben und Tsunamis erstellen können.
  • …wir genau wissen, wieviele Exemplare gefährdeter Tierarten sich an Land und im Ozean tummeln – und wo wir in Echtzeit verfolgen, wer illegal in geschützten Regionen fischt oder jagt.
  • …wir Schiffe in Echtzeit vor Piratenangriffen oder Kollisionen warnen – was leider beides immer noch passiert.
  • …uns Satelliten vor ›Near Earth Objekten‹ warnen, wie Russland kürzlich von einem getroffen wurde.
  • …Milliarden-Dollar-Missionen wie Hubble oder Kepler von Amateuren nachgebaut werden.
  • …Studenten von der Weltraumforschung lernen, indem sie täglich mit einem Satelliten arbeiten – statt mit Block und Bleistift.

Letztendlich kann kein Mensch voraussagen, wie ein allgegenwärtiger Zugang zur Satellitentechnik unser Alltagsleben beeinflussen könnte. Das muss man auch nicht. Was zählt ist, dass wir jetzt die Möglichkeit dazu in der Hand haben. Entweder lehnt man sich zurück, und schaut bei der zweiten Technologierevolution innerhalb einer Lebensspanne zu, oder man beteiligt sich.


Weiterführende Links

New Satellites Signal A Revolution in Education . Video, ca. 3 min. http://www.prweb.com/releases/2013/11/prweb11375009.htm
NanoSatsfi Is Bringing Satellites to New Markets. Video 3:45 min. http://projects.wsj.com/soty/startup/nanosatisfi/nanosatsfi-is-bringing-...
Peter Platzer from NanoSatisfy on the next generation of Satellite. Video 8:06 min. http://www.youtube.com/watch?v=44WGu_uS-RE
NanoRacks-ArduSat-1 (NanoRacks-ArduSat-1) - 01.09.14 http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1210.html



Kommentare

Arduino-Mikrokontroller und seine Programmierung

»ArduSat« basiert, wie im Artikel nicht erwähnt wird, auf dem Arduino-Mikrokontroller – was vielen nicht sehr viel sagen dürfte.

Ich möchte daher ergänzen, dass man das Arduino-Board in einer einfachen Ausstattung (nämlich nur den Controller) schon um 20€ haben kann. Wenn's ein bisschen mehr sein soll (Peripherie wie Messfühler, LEDs, LCD-Display, diverse Motoren etc.) ist man um 80€ dabei.

Programmiert wird das Ganze in »Processing«, einer von Java abgeleiteten Programmiersprache (genau genommen, mit einer Ableitung davon), das ausgesprochen leicht zu erlernen ist. Ich benutze Processing selbst im Unterricht und habe eine Lehrunterlage dafür geschrieben, die auch ein Kapitel über die Programmierung des Arduino-Controllers enthält.

Falls es wen interessiert:

Ich finde es immer wieder

Ich finde es immer wieder aufs Neue faszinierend, wie schnell sich die moderne Technologie weiterentwickelt. Während wir vor 20 Jahren noch mit Schnurtelefonen beziehungsweise Handys in der Größe eines Funkgerätes telefonierten, sind unsere heutigen Smartphones um einiges handlicher und vielseitiger. Ich bin gespannt, wie sich die Entwicklung dieser Nanosatelliten auf unsere Zukunft auswirkt. Was sind die Vorteile, wo liegen die Nachteile? Eine sehr präzise Wettervorhersage sowie genauere Vorhersagen zum Klimawandel wären sehr erstrebenswert. Aber würden wir durch solche Satelliten nicht noch mehr kontrolliert werden, immer transparenter und durchschaubarer für die Reichen und Mächtigen? Ich glaube, dies wird sich erst nach einigen Jahren der Verwendung zeigen, wo wir dann wieder vor neuen Herausforderungen stehen.

Redaktion

Die Science-Busters über Nanosatelliten im Allgemeinen und Österreichische Projekte: http://fm4.orf.at/stories/1750430/ (2:45 Minuten)

Auch die NASA entdeckt

Auch die NASA entdeckt anscheinend Nanosatelliten: wer mitdesignen will, kann sich an dieser Ausschreibung beteiligen:

http://www.sciencealert.com/want-to-help-design-an-actual-space-robot-he...

Projekt ›Breakthrough Starshot‹

Was der russische Milliardär Juri Milner und Stephen Hawking hier ankündigen, klingt wie aus einem SF-Roman: mit einem Nanosatelliten, angetrieben von einem Lichtsegel, könnte α-Centauri in nur 20 Jahren erreicht werden. (Mit herkömmlichen Antriebstechniken 30000 Jahre)

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