Rettungsboot für geostationäre Satelliten

Im geostationären Orbit in 36 000 Kilometer Höhe befinden sich Hunderte von Kommunikationssatelliten. Nach spätestens 12 bis 15 Jahren Betrieb sind ihre Treibstoffvorräte für das Lageregelungssystem verbraucht. Bevor sie gänzlich abgeschaltet werden, müssen sie auf einen höheren Orbit befördert werden, den so genannten "Friedhofsorbit".
Meistens funktionieren aber noch alle anderen Systeme, so dass einem weiteren Betrieb nichts im Weg stehen würde. Teurer Schrott, denn jeder dieser Raumflugkörper repräsentiert einen dreistelligen Millionenwert in Euro. Da mit solch einem Hightech-Satelliten bei voller Auslastung jährlich 30 bis 40 Mill. Euro Umsatz erwirtschaftet werden, würde sich eine Verlängerung der Lebensdauer für die Betreiber in nennenswerter Dimension lohnen.

OLEV: Europas Rettungsboot

Derart ausgebrannten Satelliten will das britische Unternehmen Orbital Recovery Ltd. (ORL) ab 2008 eine himmlische Krücke namens OLEV verpassen und so den Betrieb um maximal zehn Jahre verlängern. OLEV, so die Abkürzung für das kleine kosmische Rettungsboot aus Europa, steht für Orbital Life Extension Vehicle. OLEV soll an einen Kommunikationssatelliten ankoppeln und dann, solange es notwendig ist, dessen Lageregelung sowie Bahnmanöver übernehmen. Hierzu verfügt das Rettungsboot ausschließlich über elektrische Antriebe, die mit Xenon-Gas arbeiten. Die Kosten für einen Rettungsflug sollen bei etwa 25 Prozent des Preises liegen, der für den Start eines neuen Satelliten anfallen würde.

Als Huckepack-Nutzlast auf der Ariane 5

Die niederländische Firma Dutch Space in Leiden wird den eigentlichen Satelliten bauen. Er basiert auf den Ergebnissen der Studie ConeXpress, die im Rahmen des ESA-Private-Partnership-Programmes ARTES 4 erarbeitet wurde.
Gestartet werden soll ConeXpress mit der Ariane 5 als Huckepack-Nutzlast. Es ist kaum zu glauben, aber in der Spitze der gewaltigen Ariane-5-Trägerrakete ist noch Platz für „blinde Passagiere“. Die Hauptnutzlast, meist ein oder zwei Satelliten, wird auf einem konischen Adapter montiert, der die Verbindung zwischen der Oberstufe und dem Satelliten herstellt. Innerhalb des Adapters befindet sich ein ungenutzter Hohlraum. Zugleich wird die Trägerkapazität der Ariane 5 bei den meisten Starts nur zu 70 bis 80 Prozent genutzt. Und hier setzt die geniale Idee der Ingenieure von Dutch Space an. Sie entwarfen im Rahmen der ESA-Studie einen optimal an den Hohlraum angepassten innovativen Satellitenkörper. Er kann beispielsweise als kosmisches Rettungsboot genutzt werden.

Der Rettungssatellit dient beim Start zunächst als Adapter zur Hauptnutzlast. Nach deren Aussetzen in den Weltraum erfolgt schließlich seine Abtrennung von der Oberstufe und das Leben als eigenständiger Satellit.

Mit bewährter ESA-Technik

Innerhalb der Studie wurden verschiedene Einsatzmöglichkeiten als Kommunikations-, Wissenschafts- oder Servicesatellit untersucht. Das kosmische Rettungsboot ist die erste konkrete Anwendung des innovativen Konzepts. In dieser Variante erhielt der Satellit die Arbeitsbezeichnung ConeXpress Orbital Life Extension Vehicle (CX OLEV).

Bei CX OLEV werden verschiedene bewährte innovative Technologien der aus Darmstadt gesteuerten ESA-Mondsonde SMART-1 eingesetzt, so auch das mit Xenon-Gas arbeitende Ionentriebwerk. Vier dieser Wundertriebwerke sorgen künftig bei CX OLEV für alle Bahn- und Lageregelungsmanöver.

Auch das Gehirn des kosmischen Retters, das von dem schwedischen Unternehmen Swedish Space Corporation entwickelt und gebaut worden ist, basiert auf dem SMART-1-Rechner. Das nur 13 kg schwere System steuert alle Prozesse an Bord, die beim Betrieb des Satelliten und seiner Nutzlasten ablaufen. Gleichzeitig ist es für die Datenübertragung zur Erde und den Kommandoempfang von der Bodenstation verantwortlich.

Kopplungssystem aus Deutschland

Das Münchner Weltraumtechnologieunternehmen Kayser-Threde zeichnet für die Nutzlast verantwortlich, die aus Systemen zur Annäherung, Docking-Mechanismen und aus einem Nutzlast-Rechner besteht. Außerdem liefert Kayser-Threde die Bodenstation.
Die Spezialisten der Münchner Firma greifen dabei auf Entwicklungen des DLR-Institutes für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen, das auch in die Realisierung des Projektes involviert ist, zurück. Dort hatten findige Ingenieure bereits vor einigen Jahren Robotikelemente und Steuerungssoftware zur Rettung von geostationären Satelliten ersonnen.

Der Satellit verfügt zur Erfüllung seiner Aufgaben über Kameras und Entfernungsmesser zur Annäherung sowie das so genannte Satellite Capture Tool – ein zylinderförmiges Teil mit verschiedenen Sensoren – für das Anlegen an das Ziel. Docking-Mechanismen sorgen nach dem Anlegen für die Fixierung. Die Kopplung erfolgt beim Zielsatelliten an der Düse des Apogäumstriebwerkes, über das jeder geostationäre Satellit verfügt und wird von der Bodenstation aus gesteuert, kann aber auch mit entsprechender Software automatisch erfolgen.

Großes Einsatzspektrum

Noch ist es bis zum ersten Einsatz 2008 ein weiter Weg. Das britische Unternehmen Orbital Recovery Ltd. (ORL) hat bereits einen Kunden und führt mit weiteren Unternehmen Verhandlungen. Der Mitflug bei der Ariane 5 ist durch einen Vertrag mit Arianespace, dem Vermarktungsunternehmen für die europäische Trägerrakete, abgesichert. Er garantiert den Briten ab 2008 drei Starts pro Jahr.

ORL denkt bereits an den nächsten Schritt. Oft gelingt es nicht mehr, abgeschaltete Satelliten aus dem geostationären Orbit in den Friedhofsorbit zu befördern. Diese Aufgabe könnte CX OLEV übernehmen. Nach der Bahnanhebung koppelt das Rettungsboot wieder ab und begibt sich für neue Aufgaben zurück in die geostationäre Bahn.

Oder einem gerade gestarteten Satelliten gelingt es nicht, die geplante Umlaufbahn zu erreichen. Auch hier könnte der britische Helfer gute Dienste leisten. Die elektrischen Antriebe bei dem europäischen Kommunikationssatelliten Artemis haben den Erfolg einer solchen Strategie bereits gezeigt. Der ESA-Satellit war 2001 auf einer zu niedrigen Übergangsbahn zum Zielorbit gestrandet und wurde dann mit Hilfe seiner elektrischen Lageregelungstriebwerke in seine endgültige Umlaufbahn befördert.

Verbesserte Versionen von CS OLEV könnten später sogar mit Roboterarmen ausgestattet sein und defekte Satelliten reparieren oder in die Nähe der Erde zurück bringen, wo Astronauten eine Reparatur vornehmen. Alles noch Zukunftsmusik, aber sie ist in greifbare Nähe gerückt.

Weitere Informationen:

Herr Doug Caswell
ESA/ESTEC Technologiezentrum
Doug.Caswell@esa.int
Tel. +31-71 565 46 39