05.02.2024

Intelligente Ausweichmanöver

KI-Algorithmus soll Kleinsatelliten helfen, Weltraumschrott besser auszuweichen.

Ein neues Teleskop ist seit Januar 2024 auf dem Hubland-Campus der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in Betrieb. Ein studentisches Team entwickelt damit KI-Algorithmen für Kleinsatelliten, um Kollisionen mit Weltraumschrott im Orbit effizienter als bislang zu verhindern. Das Fernziel: Die Satelliten sollen mittels einer intelligenten optischen Sensorik drohende Kollisionen selbstständig erkennen und ihnen autonom ausweichen können. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Projekt namens KI-SENS mit gut 500.000 Euro.


Abb.: Hakan Kayal, Tobias Herbst (v.l.) mit den Studierenden Julius Dill,...
Abb.: Hakan Kayal, Tobias Herbst (v.l.) mit den Studierenden Julius Dill, Maximilian Reigl und Robin Schaub, die alle im Verein WüSpace aktiv sind.
Quelle: R. Emmerich / JMU

Das Teleskop steht auf dem Dach des Geographiegebäudes am Hubland-Campus. „Es ist dazu in der Lage, der Flugbahn auch kleinerer Objekte besonders schnell und präzise zu folgen“, erklärt Hakan Kayal, JMU-Professor für Raumfahrttechnik. Darum lasse sich die Kuppel auch komplett öffnen – bei langsameren Teleskopen ist sie immer nur einen Schlitz breit offen und dreht sich komplett mit.

Die Fernsteuerung für das Teleskop befindet sich an zwei Orten auf dem Campus: Zum einen im Missionskontrollzentrum von Hakan Kayals Professur, wo auch weitere Teleskope und Satellitenmissionen gesteuert werden. Zum anderen in den Räumen des studentischen Vereins WüSpace e.V. Darin sind Würzburger Studierende der Luft- und Raumfahrtinformatik organisiert; 20 von ihnen arbeiten am Projekt KI-SENS mit.

Was die Studierenden mit dem neuen Teleskop machen? Sie bringen ihm auf Basis von KI-Algorithmen bei, kleine bewegliche Objekte am Himmel zu erkennen und deren Flugbahn vorauszuberechnen, so dass es die Objekte verfolgen kann. „Wir ziehen dafür eine konventionelle Objektdetektion auf und parallel eine zweite, die auf KI basiert“, erklärt Masterstudent Maximilian Reigl.

Die Algorithmen werden dann auf einen Satellitensensor übertragen. Am Ende soll ein Sensor-Prototyp gebaut sein und in einem Testlabor geprüft werden. Der Plan ist, diese Arbeiten bis Ende 2024 abzuschließen. „Wenn wir beweisen, dass der KI-Sensor mit hoher Wahrscheinlichkeit auch im Orbit funktionieren wird, wäre der nächste Schritt ein echter Weltraumtest“, so der Student der Luft- und Raumfahrtinformatik.

Falls alles klappt, könnte am Ende eine Innovation aus Würzburg stehen, die mehr Sicherheit für Satelliten und die bemannte Raumfahrt bedeutet. Denn das Risiko für Kollisionen mit Weltraumschrott ist hoch und wächst stetig weiter, wie die Europäische Raumfahrtagentur ESA in einem Bericht von 2023 bekräftigt.

Die USA unterhalten ein großes und dichtes Beobachtungsnetz, mit dem sie täglich mögliche Kollisionen mit Weltraumschrott vorausberechnen und darauf reagieren. Die ESA baut ein solches Netz derzeit auf“, sagt Hakan Kayal. Bislang werden die nötigen Ausweichmanöver manuell von Menschen gesteuert. Im Fall der Internationalen Raumstation ISS sei das mehrmals im Jahr nötig. Die Manöver sind aufwändig, erhöhen den Treibstoffverbrauch und außerdem die Gefahr, beim Verlassen der Flugbahn mit anderen Objekten zusammenzustoßen. Ein intelligenter Sensor, der diese Manöver autonom erledigen kann, wäre ein deutlicher Fortschritt.

Das besondere an KI-SENS: Die Arbeiten am Projekt werden von im Verein WüSpace organisierten Studierenden der JMU weitgehend selbstständig vorangetrieben. Unterstützt werden sie dabei von Kayal und Projektleiter Tobias Herbst. Auf diese Weise lernen die Studierenden den Ablauf eines Entwicklungsvorhabens in der Raumfahrt von A bis Z kennen.

Die verstärkte Beteiligung von Studierenden an Kleinsatelliten-Programmen ist dem Bundeswirtschaftsministerium als Geldgeber sehr wichtig, wie Hakan Kayal erklärt: „Es geht darum, im Sinne der Nachwuchsgewinnung die Attraktivität des Fachs weiter zu steigern.“

JMU / DE


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