Raumfahrt: Die Digitalisierung des Weltraums

Raketen aus dem 3D-Drucker, Milliarden-Investitionen aus dem Silicon Valley und Träume von künstlicher Intelligenz, die mit Lichtgeschwindigkeit durchs All reist: Die Digitalisierung sorgt für einen Boom in der Raumfahrt.

Artikel von Peter Schneider veröffentlicht am 27. März 2018, 12:10 Uhr

3D-gedruckter Schraubenschlüssel auf der ISS: Zusammenspiel von Digitalisierung und intelligenten Algorithmen (Bild: Made in Space)

Ein Bild sagt mehr als tausend Worte, heißt es. Diese strapazierte Redensart bekommt derzeit eine völlig neue Bedeutung. Denn die Qualität der Interpretation eines Bildes war bisher vor allem auf die neuronale Vernetzung seines Betrachters angewiesen. Doch wie es aussieht, wird die Interpretation nicht mehr lange das Privileg evolutionär entwickelter Intelligenzen bleiben. Schon heute kann intelligente Software Bilder in einem Maß auswerten, das vor wenigen Jahren noch undenkbar war. Das Zusammenspiel von Digitalisierung und intelligenten Algorithmen hat - neben weiteren Faktoren - in der Raumfahrt für eine Revolution gesorgt.

Inhalt:

1. Raumfahrt: Die Digitalisierung des Weltraums
2. 3D-Druck macht Raumfahrt leichter und billiger
3. KI wird einmal mit Lichtgeschwindigkeit reisen
4. Simulationen der Raumfahrt
5. Symbiose von digitaler Intelligenzija und Kapital

Das Phänomen wird häufig als Cube-Sat-Revolution bezeichnet, da ihr Schauplatz vor allem der erdnahe Orbit und ihre technischen Protagonisten häufig Cube-Satelliten sind, kleine und preiswerte Satelliten. Es ist aber nur Teil einer allgemeinen Entwicklung in der Raumfahrt, die sich in den vergangenen Jahren stark beschleunigt hat und die eine herausragende Ursache hat: die fortschreitende Digitalisierung.

Elektronische Hardware ist heute deutlich leistungsfähiger, robuster und preiswerter als zu Beginn der Digitalisierung. Hinzu kommen moderne Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck (Fachbegriff: Additive Manufacturing, AM), mit denen sich ganze Komponenten drucken lassen. Außerdem wurde in den vergangenen Jahrzehnten ein Pool von Software für die Entwicklung und Steuerung von Raumfahrzeugen etabliert, auf den viele private Unternehmen günstig zurückgreifen können.

Demokratisierung der Raumfahrt

Diese Entwicklung lässt die Preise für Satelliten sowie ihren Transport sinken. Zwar lässt sich an der reinen Zahl an Raketenstarts noch kein Boom erkennen, aber andere Indikatoren wie steigende Investitionen und zahlreiche neue Unternehmen deuten darauf hin, dass wir kurz davor stehen. Das Besondere daran ist, dass es sich nicht um eine staatliche oder halbstaatliche Raumfahrt handelt, sondern um eine kommerzielle mit privaten Unternehmern.

Bisher waren die Entwicklung und der Bau von Satelliten und Raketen ausschließlich großen Raumfahrtunternehmen wie Boeing und Airbus vorbehalten, finanziert mit den Milliardenbudgets staatlicher Raumfahrtagenturen. Das hat sich in den vergangenen 15 Jahren drastisch geändert, denn die Raumfahrt ist nicht nur mehr eine Angelegenheit dieser alten Großkonzerne der Branche, Oldspace genannt, sondern auch das Feld agiler Digital-Startups, die sich Newspace nennen. Mit Hilfe digitaler Technologien ist es diesen kleinen Unternehmen möglich, konkurrenzfähige Technologien zu entwickeln und auf eigene Faust Raumfahrt zu betreiben. In der Branche spricht man hier von der Demokratisierung des Weltraums, Raumfahrt für jedermann.

"Die Kosten eines Satelliten sind die eines High-End-Servers"

Diese umwälzenden Veränderungen finden nicht weit über unseren Köpfen statt. Über 1.000 der gut 1.700 aktiven Satelliten (Stand August 2017) sind laut der Datenbasis der Union of Concerned Scientists seit Anfang 2011 gestartet worden, fast 800 davon in die erdnahe Umlaufbahn, häufig auch LEO genannt, für Low Earth Orbit. Das ist vor allem deswegen bemerkenswert, weil die Satelliten dort häufig für eine Lebensdauer von nur etwa drei bis fünf Jahren ausgelegt sind. Es ist nicht nur die Qualität ihrer Bauteile, die ihnen den Garaus macht. Die Restatmosphäre im LEO bremst sie allmählich ab und sie verlieren nach und nach an Höhe. Da sie so klein sind und ihr individueller Nutzwert relativ gering, fehlt ihnen in der Regel ein Triebwerk, um sie beispielsweise wie die ISS per Sojus-Raumschiff regelmäßig anzuheben. Daher stürzen sie nach ihrer geplanten Lebensdauer - nicht ganz ungewollt - ab.

Im Gegensatz zu langlebigen, großen und daher sehr teuren Satelliten weit draußen im geostationären Orbit sind viele der Satelliten im LEO klein und vergleichsweise billig. Von der technischen Seite aus gesehen ist die Hauptursache für die rasche Vermehrung von Klein- und Kleinstsatelliten sicher der Einsatz von COTS (Components off-the-shelf), Hardware aus industrieller Serienproduktion. Solche Bauteile sind naturgemäß billiger als für Raumfahrt qualifizierte Hardware. Die ist es unter anderem, welche der Raumfahrt den Ruf einer überteuren Branche eingehandelt hat.

"Es stimmt nicht, dass Raumfahrtunternehmen viel mehr Geld benötigen als andere Unternehmen. Das ist eine dieser althergebrachten Denkweisen", sagt Peter Platzer. Der Österreicher ist CEO und Mitgründer von Spire, einem Unternehmen aus San Francisco, das eine Flotte von Cube-Satelliten im LEO betreibt. "Die Kosten eines Satelliten sind die eines High-End-Servers. Die Mikroelektronik, die wir hinaufschicken, sind Bauteile, die man in Computern findet oder in Handys. Hier auf der Erde werden Milliarden in kleinere und leichtere sowie energieeffizientere und leistungsfähigere Mikroelektronik investiert. Das sind die gleichen Kriterien, die wir im Weltraum brauchen."

COTS eröffnen den Ingenieuren daher ungeahnte Möglichkeiten. "Wir haben den Onboard-Computer (der Spire-Satelliten) Strahlung ausgesetzt, und nach zehn Jahren Weltraumstrahlung hatte er immer noch funktioniert", sagt Platzer. "Natürlich hängt das vom Orbit ab. Im niedrigen Erdorbit, 500 bis 600 Kilometer hoch, herrscht ein anderes Strahlungsumfeld als im geostationären Orbit. Da wollen wir aber nicht hin."