Wall-E und Eva lauten die Spitznamen der beiden schuhschachtelgroßen Raumfahrzeuge, die im November den Mars passieren werden. Die beiden Cubesats, wie die kostengünstigen Kleinsatelliten heißen, starten parallel zur Sonde Insight der US-Weltraumagentur Nasa gen Mars. Insight wird am Roten Planeten landen, um etwa dessen Seismik zu erforschen. Die Mission von Wall-E und Eva: Daten über die Insight-Landung zur Erde weiterleiten und Navigationsaufgaben übernehmen.

Insight ist der vorläufige Höhepunkt der miniaturisierten Raumfahrttechnik in Kleinsatelliten. Erstmals werden sie im Umfeld von fremden Planeten erprobt. In den vergangenen zehn Jahren haben die günstigen und zugänglichen Technologien die Weltraumforschung ein Stück weit demokratisiert. In Österreich ist neben der TU Graz und der Uni Wien die FH Wiener Neustadt führend in der Cubesat-Entwicklung.

2017 wurde Pegasus, der in Wiener Neustadt entwickelt wurde – der dritte Kleinsatellit aus Österreich – an Bord einer indischen Trägerrakete in einen erdnahen Orbit geschickt. Er war einer von 36 Cubesats, die im internationalen Projekt QB50 höhere Atmosphärenschichten erforschen sollten.

Auf ins Erdmagnetfeld!

Seit Anfang 2018 werkt man nun in Wiener Neustadt an einem Nachfolgeprojekt, das wie Pegasus ein wissenschaftliches Ziel mit der Ausbildung der Studierenden verbindet. In nur zwei Jahren soll der Cubesat Climb, finanziert von der FH und vom Land Niederösterreich, ins All starten. "Das Ziel von Climb ist der sogenannte Van-Allen-Belt nahe der Erde", sagt Carsten Scharlemann, der als Leiter des Studiengangs Aerospace Engineering an der FH Wiener Neustadt auch die Kleinsatellitenprojekte koordiniert.

Der Van-Allen-Belt ist Teil des Magnetfelds der Erde, das vor kosmischer Strahlung schützt. Die Teilchen, die sich darin "verfangen", verursachen an den Erdpolen die Aurora Borealis. Die hochenergetischen Teilchen im Gürtel, der sich etwa von 500 Kilometern- knapp über der Raumstation ISS – bis auf 6000 Kilometern Höhe erstreckt, können auch der Elektronik in Raumfahrzeugen gefährlich werden, sofern sie nicht entsprechend geschützt ist.

Die Cubesats, deren Innenleben aus handelsüblicher Elektronik besteht, sind hier anfällig. "Teil der Mission von Climb wird es sein, gezielt elektronische Komponenten auf ihre Strahlungsresistenz zu testen. Damit soll der Cubesat-Community die Möglichkeit gegeben werden, in künftigen Missionen noch weiter ins All vorzudringen", erläutert Scharlemann. Entscheidend dabei ist auch die Verbesserung der Steuerungssoftware, die angesichts der Verletzlichkeit der Elektronik so gestaltet sein muss, dass Ausfälle und Fehler überbrückt werden können.

Orbitwechsel

Besonders an Climb wird auch die Antriebstechnik sein, die den Satelliten von einem Startorbit unter 500 Kilometern in Höhen über 1000 Kilometer klettern lässt. Es handelt sich dabei um eine Variante eines Ionenantriebs, bei dem Indium-Ionen durch elektrische Felder beschleunigt werden.

Gebaut wird der Antrieb vom Start-up Enpulsion, einem Spin-off des zur FH gehörenden Forschungsunternehmens Fotec. "Bisherige Cubesats hatten diese Fähigkeiten zum Wechsel des Orbits nicht. Verglichen mit Pegasus ist das wie ein Umstieg vom Elektrofahrrad auf einen Sattelschlepper", schildert Scharlemann.

Die Sensorik an Bord von Climb wird Daten über Magnetfeld und Strahlung erheben, die dann mit Messungen von der Erde aus verglichen werden, um Rückschlüsse auf Eigenschaften des Weltraumwetters zu ziehen. Ende des Jahres soll ein erstes Modell stehen, dessen Design im Lauf von 2019 verbessert wird, bevor der Cubesat 2020 ins All startet.

Die Entwickler wollen dabei von den Erfahrungen mit Pegasus lernen. "Wir haben immer wieder mit Anomalien zu tun. Manchmal meldet sich Pegasus für ein paar Tage nicht", berichtet Scharlemann. "Er ist allerdings der einzige Cubesat von elf mit gleicher Instrumentenbestückung, der tatsächlich Daten geliefert hat." (Alois Pumhösel, 14.10.2018)