Von Cubesats zu Disksats: Satelliten als fliegende Scheiben

Leichte und billige Satelliten, die auch zu Mond und Mars fliegen können: Aerospace Corp hat den neuen Standardformfaktor Disksats entwickelt.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 18. September 2021, 10:00 Uhr

Scheibenförmige Satelliten sollen den Aufbau kostengünstiger Konstellationen mit kleinen Raketen möglich machen. (Bild: Aerospace Corp.)

Scheibenförmige Satelliten mit einem Meter Durchmesser, 2,5 cm Dicke und bis zu 10 kg Masse sollen der nächste Kleinsatellitenstandard werden, wenn es nach dem gemeinnützigen Unternehmen Aerospace Corporation geht, das als Satellitenhersteller bereits viel Erfahrung mit Cubesats gesammelt hat. Die neuen sogenannten Disksats sollen bei ähnlich niedrigen Kosten wie Cubesats deutlich mehr Volumen und elektrische Leistung bieten.

Der 1999 erstmals vorgestellte Cubesat-Standard löste eine kleine Revolution in der Satellitenbranche aus. Sie begannen als kleine würfelförmige Satelliten mit 10 cm Kantenlänge und bis zu 1,33 kg Gewicht, um Technologien zu testen und auch Studentengruppen von Universitäten den Einstieg in den Satellitenbau zu ermöglichen. Aber dieses Format erwies sich als zu klein und wurde erweitert zu 3U-, 6U- und 12U-Satelliten, mit einer Größe von drei bis zwölf einfachen Cubesats. Über 1.600 Cubesats wurden schon gestartet.

Cubesats haben schon die Landung von Mars Insight begleitet und Firmen wie Planetlabs haben gezeigt, dass sie auch für praktische Aufgaben wie Erdbeobachtung einsetzbar sind. Aber das kompakte Format hat seine Probleme: Das Innenvolumen ist sehr gering und es bleibt wenig Fläche für die Stromerzeugung mit Solarzellen und die Kühlung durch Wärmeabstrahlung übrig. Auch großflächige Instrumente wie Antennen-Arrays müssen aufwendig entworfen, gefaltet und im Orbit ausgeklappt werden, was nicht immer funktioniert.

Neue Standards ersetzen immer kompliziertere Technik

Aerospace will das Grundproblem lösen. Anstatt nach noch besseren Faltmechanismen für den Cubesat-Standard zu suchen, haben die neuartigen Satelliten von Anfang an mehr Fläche und Volumen zur Verfügung. Mit einem Meter Durchmesser stehen 200 Watt elektrische Leistung zur Verfügung, mit Cubesats praktisch unerreichbare Werte. Der Strom reicht dann auch für den Betrieb von leistungsfähigen Ionentriebwerken aus, womit Disksats im Vergleich zu Cubesats eine völlig neue Manövrierfähigkeit erhalten.

In einem Beispiel aus einem Paper von der 35. Smallsat Conference mit 1,3 kg Treibstoff in einem 11-kg-Satelliten und kommerziell erhältlichen Ionentriebwerken rechnet die Firma mit einem möglichen Delta V von über 4 Kilometern pro Sekunde, ein Maß dafür, um wie viel der Satellit seine Geschwindigkeit mit dem Treibstoff an Bord ändern kann. Es ist genug, um vom geostationären Orbit aus selbstständig zum Mond, zum Mars oder zu erdnahen Asteroiden zu fliegen.

Die Scheibenform ermöglicht aber auch die Nutzung besonders niedriger Orbits zwischen 200 und 250 km Höhe. Solange die Kante in Flugrichtung ausgerichtet ist, ist die Form sehr aerodynamisch. Normale Satelliten würden innerhalb von Wochen oder Tagen abstürzen und selbst mit Ausgleich der Luftreibung durch die Triebwerke würde ihnen bald der Treibstoff ausgehen. Die Disksats würden hingegen nur 200 Gramm Treibstoff pro Jahr verbrauchen. Mit weniger als der halben üblichen Flughöhe benötigen die Satelliten weniger als ein Viertel der Sendeleistung für vergleichbare Bandbreite.