ESA baut erste in-Orbit Servicing Mission mit D-Orbit

RISE ist eine kommerzielle In-Orbit Servicing-Mission, die demonstrieren wird, dass es möglich ist, sicher an einen geostationären Client-Satelliten anzudocken. Nachdem überprüft wurde, dass alle Leistungsstandards erfüllt sind, wird D-Orbit mit kommerziellen Dienstleistungen zur Verlängerung der Betriebsdauer für geostationäre Satelliten beginnen.

Die ESA-Mission RISE ist ein vielversprechender Schritt zur Verbesserung der Dienstleistungen und Technologien im Orbit, wie z.B. Betankung, Modernisierung und Montage – alles wesentliche Elemente für die Entwicklung einer Kreislaufwirtschaft im Weltraum.

Verlängerung der Betriebsdauer im Orbit

Ein wesentlicher Bestandteil des ESA Programms für Weltraumsicherheit ist es, die Umlaufbahnen der Erde von Raumfahrtrückständen zu befreien und sauber zu halten. Langfristig strebt ESA die Förderung einer effektiven Kreislaufwirtschaft im Weltraum an, um die Auswirkungen der Raumfahrt auf die Erde und ihre Ressourcen so gering wie möglich zu halten. Im Rahmen des Zero Debris-Ansatzes der ESA sollen neue ESA-Missionen für einen sicheren Betrieb und eine sichere Entsorgung konzipiert werden, um die Entstehung neuer Trümmer bis 2030 zu stoppen. Aber warum an diesem Punkt aufhören?

„Die Wartung in der Umlaufbahn ist die logische Fortsetzung des nachhaltigen Raumfahrtkonzepts der ESA. Die Verlängerung der Betriebsdauer von Satelliten ermöglicht es den Raumfahrtbetreibern, mehr Daten und Einnahmen aus bestehenden Weltraumanlagen zu generieren, was sowohl die Nachhaltigkeit als auch unsere Wettbewerbsfähigkeit im Weltraum erheblich verbessert“, sagt Josef Aschbacher, Generaldirektor der ESA.

Die Vertragsunterzeichnung mit D-Orbit spiegelt das Engagement der ESA wieder, Europas Rolle als verantwortungsvoller Marktführer im Bereich der Weltraumnachhaltigkeit durch Investitionen in wichtige Fähigkeiten zur Wartung im Orbit zu festigen.

Die RISE-Mission der ESA wird zusätzlich zu den 119 Millionen Euro von D-Orbit gebaut, betrieben und mitfinanziert und wird die Fähigkeit demonstrieren, an einen geostationären Satelliten anzudocken, ihn zu manövrieren und dann wieder freizugeben. Nach der Überprüfung, ob der Prozess erfolgreich verlaufen ist, endet die Beteiligung der ESA, da der Satellit erwartungsgemäß insgesamt acht Jahre im Orbit verbleibt und aktive geostationäre Satelliten kommerziell wartet.

„Während der Entwicklungsphase arbeiten wir eng zusammen und nutzen unsere Erfahrung mit bahnbrechenden neuen Technologien und innovativen Ansätzen in der Raumfahrt. Nach Abschluss der Demonstration wird D-Orbit das Raumfahrzeug weiterhin für eigene kommerzielle Zwecke betreiben“, sagt Holger Krag, Leiter der Abteilung Weltraumsicherheit bei ESA.

„ESA unterstützt die Einrichtung von Serviceleistungen in der Umlaufbahn außerhalb Europas und stellt sicher, dass die europäische Raumfahrtindustrie an der Spitze dieses aufregenden neuen Marktes stehen wird.“

Auf dem Weg zu einer Vielzahl von In-Orbit Dienstleistungen

„Auf der Erde würden wir so etwas nie tun: Unser Auto zu betanken, es zu fahren, bis der Tank leer ist, und es dann irgendwo stehen lassen. Und doch funktioniert die Raumfahrt bisher so. Das ist nicht nur teuer, sondern auch eine der Hauptursachen für Weltraumschrott, was sich wiederum negativ auf die Kosten künftiger Weltraumerkundungen auswirkt“,sagt Andrew Wolahan, RISE Projektmanager bei ESA.

„Jetzt sind wir in der Lage, uns von Einweg-Satelliten zu entfernen und stattdessen mit der Weiterentwicklung der Technologien zu beginnen, die Betriebsdauer der Satelliten zu verlängern und sie genau dort zu bedienen, wo sie sich befinden - nämlich in der Umlaufbahn um die Erde.“

Während RISE andockt und die Steuerung der Fluglage und der Umlaufbahn seines Ziels übernimmt, bleiben die eigene Stromversorgung, die Kommunikation mit Erde und die Nutzlast des Kundensatelliten komplett funktionsfähig.

Dies eröffnet die Möglichkeit, die Betriebsdauer von betriebsbereiten geostationären Satelliten zu verlängern, die aus irgendeinem Grund, z. B. aufgrund von Treibstoffmangel oder einem Teilausfall, ihre Position im Orbit nicht kontrollieren können, aber ansonsten in der Lage sind, ihre Mission fortzusetzen.

In Zukunft werden nicht nur die Verlängerung der Lebensdauer, sondern auch Betankung, Montage, Überholung und das Recycling zu regelmäßigen Tätigkeiten im Weltraum gehören. Die erforderlichen Technologien werden weltweit entwickelt und viele davon sind bereits ausgereift.

Der Herausforderung gewachsen: Lebenszyklus der Mission

RISE soll 2028 starten und eine ereignisreiche achtjährige Mission in der geostationären Umlaufbahn einleiten. Zunächst wird der Satellit in eine Übergangsumlaufbahn in einer Höhe von fast 36.000 km über der regulären geostationären Umlaufbahn gebracht.Nach rigorosen Tests seiner Systeme und Proben im Orbit ist es an der Zeit, mit der Demonstrationsphase der Mission zu beginnen und nachzuweisen, dass der Satellit der Aufgabe gewachsen ist.

RISE wird zum sogenannten geostationären Friedhof aufsteigen, der etwa 100 km höher liegt und auf dem Satelliten nach dem Ende ihrer Mission „geparkt“ werden. Es würde viele tausend Jahre dauern, bis sich ihre Umlaufbahnen von Natur aus verschlechtern und tief genug kommen, um die aktiven Satelliten zu stören, so dass sie sicher entsorgt und aus dem Weg geräumt werden können.

RISE wird sich mit dem aktiven Client-Satelliten treffen und seine Geschwindigkeit und Flugbahn im Friedhofsorbit anpassen. Auch wenn die Betreiber des Client-Satelliten die Ankunft von RISE erwarten, ist ihr Satellit „unvorbereitet“, da er ursprünglich nicht für das Andocken an einen anderen Satelliten ausgelegt wurde. RISE wird an den geostationären Satelliten andocken, indem er sich an dem Ring festhält, mit dem der Satellit ursprünglich an seiner Trägerrakete befestigt war. Sobald RISE den Satelliten fest im Griff hat, ändert er seine Fluglage und seine Umlaufbahn, um zu zeigen, dass er in der Lage ist, das Raumfahrzeug des Kunden präzise zu manövrieren.

Dann wird RISE den Satelliten wieder loslassen – ein ebenso gefährlicher Teil des Prozesses– und sich selbst in eine Parkbahn zwischen Friedhof und geostationärer Umlaufbahn begeben, um auf sein erstes kommerzielles Abenteuer zu warten, sobald die Auswertungen abgeschlossen sind.

Sein erster Kunde könnte vielleicht ein Telekommunikations-Satellit sein, dem der Treibstoff bald ausgeht, der aber mit ein wenig Hilfe von RISE die Fähigkeit hat, Menschen weltweit weiterhin zu verbinden.

Bau von RISE mit D-Orbit

Es braucht eine besondere Art von Satellit, um die Kontrolle über einen anderen übernehmen zu können. Geostationäre Satelliten können so groß wie ein Schulbus sein und mehr als 6.000 Kilogramm wiegen. Sie müssen oft schwere Kommunikations-Nutzlasten tragen, die große Solar-Module benötigen, um sie mit Strom zu versorgen. Auch geostationäre Satelliten werden besonders robust gebaut, um der rauen Strahlungsumgebung der geostationären Umlaufbahn standzuhalten. Während RISE nicht so groß ist wie die Satelliten, die es bedienen wird, hat es immer noch die Größe eines Minivans, wenn es in seiner Trägerrakete verstaut ist und wiegt beim Start etwa 3.000 kg, wovon etwa 800 kg Treibstoff sein werden.

Die Menge an Spitzentechnologie an Bord von RISE ist so groß wie die Herausforderung, an einen Satelliten in der Umlaufbahn anzudocken und in unmittelbarer Nähe zu einem anderen Raumfahrzeug zu operieren. Das RISE-Raumfahrzeug wird mit spezialisierter und hochmoderner Ausrüstung ausgestattet sein, um an einen Satelliten anzudocken, wie z.B. komplexe Robotiksysteme, Sensoren zur Messung der Entfernung zu seinem Ziel und mit Computern, die den Satelliten während des Andockens autonom steuern können.

Es wird das erste Mal sein, dass eine solche In-Orbit-Servicing-Mission von einem europäischen Unternehmen gebaut und betrieben wird, was einen Wettbewerbsvorteil durch die neuartigen Entwicklungen von robotergestützten Andocksystemem und die Entwicklung von Verfahren für Rendezvous im Weltraum betrifft .Die Zukunft der In-Orbit-Servicing-Missionen in Europa ist vielversprechend, da sie die Art und Weise, wie wir unsere Weltraumressourcen verwalten und warten, revolutionieren werden. Diese Missionen werden nicht nur die Betriebsdauer von Satelliten verlängern, sondern auch eine entscheidende Rolle bei der Eindämmung der Raumfahrtrückstände spielen und eine sicherere und effizientere Weltraumumgebung für künftige Generationen gewährleisten.

„Die Verlängerung der Betriebsdauer eines Satelliten ist für uns und Europa ein sehr anspruchsvoller und spannender Anfang für die Entwicklung von Diensten in der Umlaufbahn. Und es wird nur der erste Schritt hin zu noch interessanteren Dienstleistungen sein“, sagt Andrew Wolahan.

„Wir hoffen, dass es in Zukunft, ähnliche Missionen in verschiedenen Umlaufbahnen geben wird, die immer umfangreichere Dienstleisungten erbringen können. Wir wollen im Weltraum wirklich alles tun, wofür man auch das Auto in die Werkstatt oder zur Tankstelle bringt. Wir freuen uns darauf, gemeinsam mit D-Orbit in dieses Abenteuer einzusteigen.“