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Neues EU-Forschungsprojekt unter Leitung der TU Berlin
Ein internationales Forschungskonsortium, das vom Fachgebiet „Raumfahrttechnik“ der TU Berlin koordiniert wird, will einen Mechanismus für Satelliten bauen, der andere beschädigte Satelliten und ausgediente Raketenteile aus ihrer Erdumlaufbahn holt. Dazu soll er die Hafteigenschaften der Füße von Geckos nutzen. Auch spezielle Seile sowie eine Bohreinrichtung, die sich die Forscher*innen von der Holzwespe abgeschaut haben, sollen zum Einsatz kommen. Der Gecko-Satellit könnte zudem an noch funktionierende Satelliten andocken, um sie zu warten. Das Forschungsvorhaben wird vom Programm „EIC-Pathfinder“ der Europäischen Union mit vier Millionen Euro über die nächsten 3 Jahre gefördert, ein Drittel der Summe entfällt dabei auf die TU Berlin.
Tausende Tonnen Schrott rasen über unseren Köpfen dahin – mit Geschwindigkeiten von mehreren zehntausend Kilometern pro Stunde. Weltraumschrott entsteht, wenn zwei Satelliten zusammenprallen, etwa über den Polen, wo sich viele Umlaufbahnen überschneiden. Oder es sind Reste alter Raketen. Das Problem: Durch die Restatmosphäre oder gravitative Störungen entlang der Umlaufbahn geraten die Schrottteile in eine gefährliche Taumelbewegung. „Roboterarme könnten hier zum Beispiel zerbrechen, wenn sie versuchen würden, ein solches Objekt einzufangen“, erklärt Prof. Dr. Enrico Stoll, Leiter des Fachgebiets Raumfahrttechnik an der TU Berlin. Trotzdem müssten die Orbits um unseren Planeten in absehbarer Zeit entmüllt werden, da der zunehmende Weltraumschrott eine ernste Gefahr darstellt – nicht nur für viele Millionen Euro teure Satelliten, sondern auch für die Besatzung der internationalen Raumstation ISS.
Pilzköpfchen docken an Solarpaneel an
Enrico Stoll arbeitet deshalb seit bereits zehn Jahren an einem Haftprinzip, das er sich von der Natur abgeschaut hat. Geckos, kleine bis mittelgroße Echsen, besitzen Milliarden feinster Härchen an ihren Füßen, um die sogenannten Van-der-Waals-Kräfte zu nutzen. So können sie sich an vielen glatten Oberflächen entlangbewegen, auch an Wänden und Decken. Enrico Stoll nutzt kleine Pilzköpfchen, im Durchmesser etwa einen halben Millimeter groß, die in Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern entwickelt wurden. Mit ihnen soll sich sein Gecko-Satellit etwa an den Solarzellen eines havarierten Satelliten über die Van-der-Waals-Kräfte anheften. Diese schwachen Kräfte wirken zwischen vielen Atomen oder Molekülen, auch wenn diese nicht geladen sind – sie müssen sich nur nahe genug sein.
Gecko-Satellit soll auch Strom abzapfen können
Die Pilzköpfe aus Polyurethan oder anderen Kunststoffen können sich bis zu einem gewissen Grad so verbiegen, dass die Verbindung zwischen ihnen und dem Zielobjekt nicht sofort abreißt, wenn etwa die Geschwindigkeiten von Gecko-Satellit und Weltraumschrott noch nicht völlig gleich sind oder eine unvorhergesehene Richtungsänderung eintritt. „Erst diese Eigenschaft ermöglicht es, dass wir uns mit einer realistischen Chance an solch ein Objekt andocken können“, so Stoll. Dabei helfen sollen auch Fangleinen, die vom Gecko-Satelliten ausgeworfen werden können und ebenfalls Haftelemente für die Ausnutzung der Van-der-Waals-Kräfte besitzen. Zusätzlich enthält das Konzept noch einen besonderen Clou: Der Gecko-Satellit soll sich auch des Stroms bedienen können, die die Solarpaneele des havarierten Satelliten vielleicht immer noch erzeugen. „Effizienz ist im Weltraum besonders wichtig, denn wir haben nicht viele Ressourcen im Erdorbit.“, erklärt Enrico Stoll. Für das Abzapfen des Stroms kommt wieder ein Vorbild aus der Natur zum Einsatz.
Holzwespen-Technik fürs Bohren im Weltall
Um sich noch sicherer mit dem havarierten Satelliten zu verbinden und dabei im Idealfall eine stromführende Stelle zu treffen, soll der Gecko-Satellit eine Bohrtechnik der Holzwespe anwenden, das Pendelhubprinzip. Weil die Natur vollständige Rotationen in ihren Bauplänen nicht vorsieht, bohrt die Wespe die Löcher für ihre Eiablage mit mehreren Raspeln, die versetzt eingesetzt werden. Während die eine sich im Holz verhakt, „bohrt“ die andere durch eine Auf- und Abbewegung einen Teil des Lochs, dann wird gewechselt. „Für den Weltraum ist diese Prinzip ideal, denn wir müssten für einen normalen Bohrer ja einen Gegendruck aufbauen, also unser Zielobjekt gleichzeitig an uns heranziehen. Das wäre sehr schwierig zu realisieren“, sagt Stoll.
Ziel ist ein Demonstrator, der mit Hilfe eines Luftkissens schwebt
Den so angezapften und gesicherten Weltraumschrott soll der Gecko-Satellit dann langsam in eine tiefergelegene Umlaufbahn ziehen, bis er schließlich in der Erdatmosphäre verglüht. Für ihren aufwendigen Entwurf haben die Wissenschaftler*innen bereits etliche Vorexperimente durchgeführt. So haben sie einige der geplanten Verfahren mit sogenannten Astrobees durchgeführt – das sind würfelförmige, freischwebende Roboter, die die Besatzung der internationalen Raumstation ISS bei ihren alltäglichen Aufgaben unterstützen. Rendezvous zwischen zwei Satelliten üben bereits die zwei Kleinstsatelliten der Mission „NanoFF“, die die TU Berlin entwickelt und im Dezember 2023 mit einer Falcon-9-Rakete der Firma SpaceX ins All geschossen hat. Das nun gestartete Projekt wird – wenn alles gut geht – einen kleinen Demonstrator mit allen genannten Funktionen bauen, der im Labor auf der Erde auf einem Luftkissentisch schwebt und zusammen mit einem Modell eines havarierten Satelliten Manöver ausführt.
Zusätzliche Informationen:
EIC-Pathfinder-Projekte (https://eic.ec.europa.eu/eic-funding-opportunities/eic-pathfinder_en) sollen bahnbrechende Deep-Tech-Projekte vorantreiben, die mit einem hohen Maß an wissenschaftlichem und technologischem Anspruch und Risiko sowie dem Potenzial zur Schaffung neuer Märkte verbunden sind.
Weitere Partner im Projekt mit dem Titel „gEICko: GEcko based Innovative Capture Kit for uncooperative and unprepared Orbital assets“ sind die Universitäten Würzburg und Padua (Spanien), das Tecnico in Lissabon (Portugal), das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik (EMI) und das spanische Solar-Unternehmen DHV Technology.
Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Enrico Stoll
Leiter des Fachgebiets Raumfahrttechnik
Fakultät V – Verkehrs- und Maschinensysteme
Technische Universität Berlin
Tel.: +49 30 314-21339
E-Mail: e.stoll@tu-berlin.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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