Zusammenfassung:
Ein Forschungsteam des California Institute of Technology gab einen bahnbrechenden Durchbruch in der Luft- und Raumfahrt bekannt. Ein von einem Roboter autonom gesteuertes Weltraummontagesystem schloss erfolgreich eine Strukturbauaufgabe im Orbit ab und war damit der erste Fall in der Geschichte der Menschheit, bei dem autonom eine Struktur im Weltraum ohne die Beteiligung von Astronauten gebaut wurde. Man geht davon aus, dass dieser Erfolg die Bauweise künftiger großer Raumfahrzeuge, Weltraumteleskope, Kommunikationseinrichtungen und Weltraum-Solarstromerzeugungssysteme völlig verändern wird.
Die Mission wurde vom California Institute of Technology entwickelt und von der U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) im Rahmen des „NOM4D“-Programms finanziert. Das Programm zielt darauf ab, neue Wege zur Herstellung und Montage großer Strukturen direkt im Weltraum zu erkunden und so den Größenbeschränkungen zu entkommen, die durch den Nutzlastraum von Raketen auferlegt werden.
Das System, das die Mission durchführt, heißt ASTRA oder das „Autonomous Space Tension Reflector Assembly“-Projekt. Das Robotersystem umkreist die Erde seit sechs Monaten mit dem Ziel, eine Reihe reflektierender Antennen mit einem Durchmesser von etwa 1,4 Metern zu bauen. Das gesamte Gerät besteht aus Verbundfaserrohren, Aluminiumanschlüssen und einer leichten Kapton-Reflexfolie.
Im Gegensatz zur traditionellen Abhängigkeit von Astronauten für die Montage außerhalb des Fahrzeugs übernimmt ASTRA einen völlig autonomen Betriebsmodus. Der Roboterarm greift nach Strukturstäben und Verbindungsknoten aus nahegelegenen Lagervorrichtungen und setzt sie dann nach einem vorgegebenen Prozess nach und nach zu wiederholten Struktureinheiten zusammen, um schließlich einen großen Fachwerkrahmen zu bilden.
Projektleiter Sergio Pellegrino, Professor für Luft- und Raumfahrt und Bauingenieurwesen am Caltech, sagte, dass dies das erste Mal sei, dass Menschen den autonomen Bau von Strukturen im Weltraum geschafft hätten. Obwohl Astronauten in der Vergangenheit Montagearbeiten außerhalb von Einrichtungen wie der Internationalen Raumstation durchgeführt haben, wurden dieses Mal alle Vorgänge selbstständig von Robotern ohne menschliches Eingreifen durchgeführt.
Das Forschungsteam stellte fest, dass der Roboter aufgrund technischer Herausforderungen und Einschränkungen des Missionsplans letztendlich nicht in der Lage war, die gesamte Montage des gesamten Antennensatzes abzuschließen, und nur den ersten Teil der vorgegebenen Struktur baute. Das wichtigste Ziel des Experiments besteht jedoch nicht darin, die Antenne selbst fertigzustellen, sondern zu überprüfen, ob das autonome Montagekonzept in einer realen Weltraumumgebung funktionieren kann. Den aktuellen Ergebnissen zufolge wurde dieses Ziel erfolgreich erreicht.
DARPA beschreibt den gesamten Montageprozess als den Bau einer High-Tech-Version von Bausteinspielzeugen im Weltraum. Die Forscher wiesen jedoch darauf hin, dass es weitaus komplizierter ist, dem Roboter zu erlauben, jede Aktion in der Schwerelosigkeit, im Vakuum und bei extremen Temperaturschwankungen präzise auszuführen, als Experimente am Boden. Jeder geringfügige Fehler kann zu struktureller Instabilität oder Schäden an Bauteilen führen.
Tatsächlich hat das Projekt mehrere Entwicklungsphasen durchlaufen. In den ersten beiden Phasen hat das Forschungsteam den gesamten Entwurfsplan und die technische Verifizierung fertiggestellt und die Machbarkeit des Konzepts in einer Bodenlaborumgebung nachgewiesen. Anschließend benötigten sie weniger als 12 Monate, um die Herstellung, Prüfung und Lieferung der Flugnutzlast abzuschließen und sie zur Feldverifizierung in den Orbit zu schicken.
Forscher glauben, dass der wichtigste Wert dieser Technologie in der Zukunft darin liegt, die Größenbeschränkungen von Raketenverkleidungen zu durchbrechen. Derzeit muss jede Ausrüstung, die in den Weltraum fliegt, in den Raum innerhalb der Trägerrakete passen, was strenge Einschränkungen hinsichtlich der Größe großer Teleskope, Kommunikationsplattformen und Solarstromerzeugungsanlagen mit sich bringt. Und wenn Strukturen direkt im Orbit gebaut werden können, wird die Größe zukünftiger Anlagen nicht mehr durch die Startbedingungen begrenzt.
DARPA gab an, dass das langfristige Ziel des NOM4D-Projekts darin besteht, den Bau ultragroßer Weltraumstrukturen von Hunderten von Metern oder sogar Kilometern zu erreichen. Der Umfang einer solchen Anlage übersteigt die derzeitigen technologischen Möglichkeiten bei weitem und könnte in Zukunft für den Bau von Weltraumbeobachtungsteleskopen der nächsten Generation, großen Kommunikationsantennenarrays und Netzwerken zur Erzeugung von Solarenergie im Weltraum genutzt werden.
Pellegrino wies darauf hin, dass diese Technologie nicht nur für die Astronomie- und Astrophysikforschung geeignet ist, sondern auch großes Potenzial in Bereichen wie kommerzieller Kommunikation, Weltraumenergie und dem zukünftigen Bau einer Mondbasis hat. Beispielsweise können sehr große Solaranlagen Energie im Weltraum sammeln und diese drahtlos zur Erde übertragen, wodurch ein neues Energieversorgungsmodell entsteht.
Analysten gehen davon aus, dass die ASTRA-Mission zwar nur eine kleine Überprüfung abgeschlossen hat, dies jedoch den ersten offiziellen Schritt in der Ära der unabhängigen Orbitalfertigung darstellt. Da sich Robotik, künstliche Intelligenz und fortschrittliche Materialien weiterentwickeln, ist der Mensch in Zukunft möglicherweise nicht mehr auf die Herstellung kompletter Raumfahrzeuge auf der Erde angewiesen, sondern baut stattdessen direkt eine größere, komplexere und leistungsfähigere Infrastruktur im Weltraum auf.
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