Ist es nicht seltsam, dass wir Satelliten einfach wegwerfen, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht oder eine einzelne Komponente ausfällt? Die ESA und die europäische Industrie haben ihre Kräfte gebündelt, um sicherzustellen, dass unsere Satelliten weiterleben können.
Unter In-Orbit Servicing (IOS) versteht man die Verlängerung der Lebensdauer oder Funktionalität von Raumfahrzeugen, die sich bereits im Orbit befinden. Dies kann durch die Durchführung von Wartungsarbeiten, die Anpassung der Umlaufbahn eines Raumfahrzeugs, die Änderung der Ausrichtung, die Bereitstellung von mehr Treibstoff oder sogar durch den Austausch oder die Aufrüstung der Instrumente an Bord erreicht werden.
Die ESA hat umfangreiche Arbeiten zu IOS durchgeführt, unter anderem im Rahmen ihrer Clean Space-Initiative zur Beseitigung und Vermeidung von Weltraummüll. Im Rahmen dieser Forschung lud die ESA-Vorbereitung Industriepartner ein, ihre Vision von Europas erster IOS-Mission zu skizzieren, die bereits 2028 gestartet werden soll.
Astroscale, ClearSpace, D-Orbit und Telespazio (in Zusammenarbeit mit Thales Alenia Space) erhielten Mittel zur Weiterentwicklung ihrer Ideen und ihre Ergebnisse wurden zur Vorbereitung des ESA-Rats 2022 auf Ministerebene vorgestellt.
„In-Orbit-Wartung könnte die Art und Weise, wie zukünftige Satelliten entworfen und betrieben werden, grundlegend verändern. In den 2030er Jahren müssen Satelliten wahrscheinlich mit Schnittstellen und anderen Funktionen ausgestattet werden, die es Service- und Entsorgungsraumfahrzeugen ermöglichen, ihre Arbeit zu erledigen“, sagt Ross Findlay, IOS-Systemingenieur bei ESA.
Zukünftige Satelliten könnten weniger Treibstoff und größere Instrumente transportieren. Die Möglichkeit der In-Orbit-Montage bedeutet auch, dass künftige Satelliten so konzipiert werden könnten, dass sie aus einfach zu montierenden und einzeln austauschbaren Modulen bestehen. Aus den gleichen Gründen, aus denen Stecker und Buchsen für elektronische Geräte Standardformen haben, haben bereits Diskussionen über standardisierte „Andockstrukturen“ begonnen, um es einfacher zu machen, dass ein Modell zur Wartung von Raumfahrzeugen an verschiedene Arten von Satelliten angeschlossen werden kann.
In-Orbit-Wartung ist eine kommerzielle Frage
Mehr als die Hälfte aller gestarteten Satelliten sind kommerziell. Daher müssen kommerzielle Betreiber einbezogen werden, wenn wir die Wartung zu einem Standardverfahren machen wollen. „Wir haben es für alle vier Teams zu einem obligatorischen Endpunkt gemacht, eine Beziehung zu einem tatsächlichen Kunden zu haben, dem sie diesen Service anbieten möchten“, bemerkt Ross.
„Dies führte zu sehr interessanten Diskussionen zwischen der ESA, den an der Einrichtung von IOS-Missionen interessierten Unternehmen und den Unternehmen, denen die zu wartenden Satelliten gehören. Nehmen wir zum Beispiel die rechtlichen Auswirkungen: Wenn zwei Satelliten während der Wartung kollidieren, wer ist dann verantwortlich?“
Das Vorbereitungselement der Basisaktivitäten der ESA war in der einzigartigen Lage, diese Missionsbewertungsstudien, einschließlich der umfassenderen Kommerzialisierungsmöglichkeiten, zu unterstützen. „Diese Aktivitäten und ihr Beitrag zur Ministerratssitzung zeigen, wie wichtig das Vorbereitungsprogramm für die Unterstützung der Verwirklichung von Ideen ist“, sagt Moritz Fontaine, ESA-Beauftragter für Entdeckung und Vorbereitung.
Telekommunikationsbranche wünscht lebensverlängernde Dienste
Die vier ausgewählten Unternehmen untersuchten die Möglichkeiten des IOS-Betriebs für Satelliten im erdnahen Orbit (LEO) und im geostationären Orbit (GEO). LEO beherbergt wichtige Satelliten wie das Hubble-Weltraumteleskop, die Erdbeobachtungssatelliten Copernicus Sentinel und die Internationale Raumstation. GEO beherbergt die europäische Meteosat-Wettersatellitenserie und vor allem die meisten für die Telekommunikation genutzten Satelliten.
Ein klares Ergebnis der vier Studien ist, dass die Telekommunikationsbranche daran interessiert ist, dass Dienste zur Lebensverlängerung so schnell wie möglich eingeführt werden. Besonders relevant ist die Wartung der Umlaufbahn: Die Betreiber müssen sicherstellen, dass das Raumschiff genau dort bleibt, wo es sein soll, und die Umlaufbahn oder Rotation ändern, wenn es im Laufe der Zeit abgedriftet ist.
Dies kostet Treibstoff. In den Vorschlägen wird detailliert beschrieben, wie ein wartendes Raumschiff an Satelliten anknüpfen kann, denen der Treibstoff ausgegangen ist, und die notwendige Umlaufbahnkontrolle durchführen kann. Das wartende Raumschiff kann so lange wie nötig dort bleiben, danach parkt es den Satelliten in einer sogenannten „Friedhofsumlaufbahn“ und fliegt zum nächsten Satelliten weiter, der gewartet werden muss.
Frische Augen aus New Space
Interessanterweise kamen drei der vier Vorschläge von sogenannten „New Space“-Unternehmen. „Dabei handelt es sich um neuere Akteure mit vielleicht etwas anderen Herangehensweisen an Design und Entwicklung, oft mit kleineren Teams und schnelleren Iterationen. Es war erfrischend, verschiedene Arbeitsabläufe zu vergleichen und mögliche Formen der Zusammenarbeit zu diskutieren“, sagt Ross.
Im Anschluss an diese vier Studien hat das Weltraumsicherheitsprogramm der ESA beschlossen, zwei der vorgeschlagenen Missionen voranzutreiben. Das Programm sieht vor, dass die IOS-Operationen sowohl hinsichtlich der Anzahl der Missionen als auch ihrer Fähigkeiten weiter ausgebaut werden. Die europäische Industrie hat das Ziel, Anfang bis Mitte der 2030er Jahre ein einheitliches IOS-Verfahren zu schaffen.