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<\/p>\nMehr als 100 m sind f\u00fcr entfaltbare Antennen schwierig. Ein Nasa-Konzept setzt deshalb auf Roboter, die ein Radar erst im Weltraum bauen.<\/p>\n
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Ein SOLL-E-Roboter bewegt sich auf einer aus modularen Voxeln aufgebauten Gitterstruktur. Die von NASA entwickelte ARMADAS-Technik dient als Grundlage f\u00fcr das Konzept, k\u00fcnftig auch gro\u00dfe elektromagnetische Strukturen robotisch zusammenzusetzen. <\/p>\n
Foto: NASA\/Dominic Hart<\/p>\n
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Bei mehr als 100 m sto\u00dfen selbst ausgekl\u00fcgelte Faltmechanismen an Grenzen. Gro\u00dfe Antennen m\u00fcssen beim Start trotzdem unter die Nutzlastverkleidung einer Rakete passen. Ein von der NASA gef\u00f6rdertes Forschungskonzept verfolgt deshalb einen anderen Weg: Roboter sollen eine Radarantenne erst im Weltraum aus modularen Bausteinen zusammensetzen.<\/p>\n
Hinter der Idee steht David Smith von der Duke University. Sein Projekt geh\u00f6rt zu den 18 Konzepten, die Nasa 2026 \u00fcber das Programm Nasa Innovative Advanced Concepts (NIAC) f\u00f6rdert. F\u00fcr eine Phase-I-Studie gibt es bis zu 175.000 US-Dollar und neun Monate Zeit. Nasa betont ausdr\u00fccklich: Dabei geht es um fr\u00fche Konzeptentwicklung, nicht um eine bereits beschlossene Raumfahrtmission.<\/p>\n
Ob eine solche Radarantenne tats\u00e4chlich gebaut wird, ist also offen. Die technische Frage dahinter ist dennoch spannend: Wie lassen sich Antennen realisieren, deren Abmessungen nicht mehr durch eine Raketenverkleidung vorgegeben werden?<\/p>\n
Warum ein Radar f\u00fcr gro\u00dfe Entfernungen so gro\u00df werden muss<\/p>\n
Der Bedarf entsteht durch den zunehmenden Verkehr im Weltraum. Satelliten und Raumfahrzeuge m\u00fcssen erkannt und ihre Bahnen verfolgt werden. Das wird schwieriger, wenn sich die \u00dcberwachung \u00fcber niedrige Erdorbits hinaus in Richtung Mond ausdehnt.<\/p>\n
Die Nasa nennt f\u00fcr das bestehende US Space Surveillance Network eine Gr\u00f6\u00dfenordnung von etwa vier Zoll, also rund 10 cm, bis zu der Objekte \u00fcberwacht werden k\u00f6nnen. F\u00fcr den Raum zwischen Erde und Mond versch\u00e4rft sich jedoch ein grundlegendes Radarproblem.<\/p>\n
Bei einem koh\u00e4renten Radar w\u00e4chst laut Nasa f\u00fcr eine vorgegebene Detektionsleistung die notwendige Gr\u00f6\u00dfe des Antennenarrays direkt mit der Entfernung zum Ziel. Statt bodengebundene Anlagen immer weiter zu vergr\u00f6\u00dfern, kann es deshalb sinnvoller werden, den Sensor n\u00e4her an die zu beobachtende Region zu bringen.<\/p>\n
Das bedeutet: Das Radar m\u00fcsste ins All. Doch auch dort werden f\u00fcr die gro\u00dfen Entfernungen im sogenannten cislunaren Raum sehr gro\u00dfe Antennen\u00f6ffnungen ben\u00f6tigt.<\/p>\n
Bei mehr als 100 m wird das Entfalten schwierig<\/p>\n
Gro\u00dfe Antennen werden heute meist kompakt gestartet und erst im All entfaltet. Daf\u00fcr kommen unter anderem Membranen, Netzstrukturen und aufblasbare Konstruktionen infrage.<\/p>\n
Nach Angaben der Nasa erreichen solche Systeme bislang nicht zuverl\u00e4ssig Dimensionen von mehr als etwa 100 m. Ein entscheidender Grund liegt schon beim Start: Die gesamte Konstruktion muss in eine einzige Nutzlastverkleidung passen.<\/p>\n
Smiths Konzept soll diese Einschr\u00e4nkung umgehen. Nicht die fertige Antenne w\u00fcrde gestartet, sondern ihre Bausteine. Roboter sollen sie anschlie\u00dfend im Weltraum zu einer gr\u00f6\u00dferen Struktur zusammensetzen.<\/p>\n
Eine konkrete Zielgr\u00f6\u00dfe nennt die Nasa nicht. Der Ansatz soll jedoch so skalierbar sein, dass sich Antennen realisieren lassen, die mit klassischen Entfaltmechanismen kaum machbar w\u00e4ren.<\/p>\n
Eine gro\u00dfe Tragstruktur allein ergibt noch keine funktionierende Radarantenne. Smith verbindet die robotische Montage deshalb mit einem dreidimensionalen elektromagnetischen Metamaterial.<\/p>\n
Metamaterialien sind k\u00fcnstlich strukturierte Materialien, deren elektromagnetische Eigenschaften sich durch Aufbau und Geometrie gezielt einstellen lassen. Smith besch\u00e4ftigt sich seit Jahren mit solchen Strukturen und ihren Anwendungen f\u00fcr Antennen und bildgebende Systeme.<\/p>\n
F\u00fcr das Nasa-Projekt soll zun\u00e4chst ein rekonfigurierbares Metamaterial f\u00fcr das S-Band untersucht werden. Die Struktur besteht dabei aus wiederkehrenden Grundeinheiten, sogenannten Unit Cells. Diese sollen so konstruiert sein, dass sie sich von Robotern montieren lassen.<\/p>\n
Die Forschenden wollen unter anderem untersuchen, wie sich mit diesen Zellen elektromagnetische Strahlen formen und \u00fcber ein gro\u00dfes Sichtfeld lenken lassen. Die komplette Antenne m\u00fcsste daf\u00fcr nicht langsam mechanisch in die gew\u00fcnschte Richtung geschwenkt werden. Das w\u00e4re gerade bei sehr gro\u00dfen Strukturen ein wichtiger Vorteil.<\/p>\n
Drei Roboter haben das Bauprinzip bereits demonstriert<\/p>\n
Die robotische Montage beginnt nicht bei null. Das neue Konzept greift auf Erfahrungen aus dem Nasa-Projekt ARMADAS zur\u00fcck \u2013 Automated Reconfigurable Mission Adaptive Digital Assembly Systems.<\/p>\n
Dabei entwickeln Forschende am Ames Research Center kleine Roboter, die gr\u00f6\u00dfere Strukturen aus standardisierten dreidimensionalen Bausteinen zusammensetzen. Die Nasa bezeichnet diese Elemente als Voxels, kurz f\u00fcr \u201evolumetric pixels\u201c.<\/p>\n
Bei einem Laborversuch arbeiteten drei Roboter autonom zusammen. Sie bauten aus Hunderten Voxels eine mehrere Meter gro\u00dfe Struktur, ungef\u00e4hr in der Gr\u00f6\u00dfenordnung eines kleinen Schuppens. Die Maschinen ben\u00f6tigten daf\u00fcr etwas mehr als 100 Betriebsstunden.<\/p>\n
Zwei Roboter bewegten sich au\u00dfen auf der wachsenden Konstruktion. Einer holte die etwa fu\u00dfballgro\u00dfen Bausteine aus einer Station und reichte sie weiter, der zweite setzte sie an der vorgesehenen Stelle ein. Ein dritter Roboter bewegte sich durch das Innere der Gitterstruktur und verschraubte die neuen Elemente.<\/p>\n
Die Bauplanung lief dabei weitgehend autonom. Das Team gab die gew\u00fcnschte Struktur vor, Algorithmen planten anschlie\u00dfend die einzelnen Aufgaben der Roboter. Der Nasa zufolge konnte das System beim Aufbau auch selbst Fehler korrigieren \u2013 ohne maschinelles Sehen oder externe Vermessung.<\/p>\n
Vom Labormodell zur Radarantenne ist es ein gro\u00dfer Schritt<\/p>\n
Der ARMADAS-Versuch zeigt, dass Roboter modulare Gitterstrukturen unter Laborbedingungen autonom zusammensetzen k\u00f6nnen. Er beweist aber noch nicht, dass sich auf diese Weise eine gro\u00dfe Radarantenne im Weltraum bauen l\u00e4sst.<\/p>\n
Smiths Studie soll deshalb zun\u00e4chst die elektromagnetische Seite untersuchen. Dazu geh\u00f6ren das Design des Metamaterials, eine rekonfigurierbare Unit Cell f\u00fcr die robotische Montage und Verfahren zur Strahlformung. Die Forschenden wollen au\u00dferdem pr\u00fcfen, wie weit sich das Prinzip skalieren l\u00e4sst.<\/p>\n
Gerade die Kombination stellt hohe Anforderungen. Die aufgebaute Struktur muss nicht nur mechanisch stabil sein. Ihre vielen Elemente m\u00fcssen gemeinsam die gew\u00fcnschten elektromagnetischen Eigenschaften erzeugen.<\/p>\n
Die Nasa spricht deshalb bislang bewusst von einer Machbarkeits- und Skalierbarkeitsstudie. Von Starttermin, Einsatzort oder endg\u00fcltiger Antennengr\u00f6\u00dfe ist noch keine Rede.<\/p>\n
Auch die Kommunikation ins tiefe All k\u00f6nnte profitieren<\/p>\n
Die Idee ist nicht auf die \u00dcberwachung von Satelliten und anderen Objekten beschr\u00e4nkt. Gro\u00dfe elektromagnetische \u00d6ffnungen sind auch f\u00fcr andere Raumfahrtanwendungen interessant.<\/p>\n
Die Nasa nennt beispielsweise niederfrequente Radiometrie f\u00fcr die Erdbeobachtung und die Kommunikation mit weit entfernten Raumfahrzeugen. Bei Radar-, Beobachtungs- und Kommunikationssystemen k\u00f6nnen gr\u00f6\u00dfere Aperturen unter anderem Aufl\u00f6sung oder Empfindlichkeit verbessern.<\/p>\n
Damit ber\u00fchrt Smiths Konzept ein grunds\u00e4tzliches Problem der Raumfahrt. Bislang bestimmt die Rakete wesentlich mit, wie gro\u00df eine Antenne beim Start sein darf. Robotische Montage k\u00f6nnte diese Grenze verschieben.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Mehr als 100 m sind f\u00fcr entfaltbare Antennen schwierig. Ein Nasa-Konzept setzt deshalb auf Roboter, die ein Radar…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":248378,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","_share_on_mastodon":"0"},"categories":[15],"tags":[46,16539,45,60,59,44,64,61,63,62],"class_list":["post-248377","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","category-wissenschaft-technik","tag-ch","tag-radar","tag-schweiz","tag-science","tag-science-technology","tag-switzerland","tag-technik","tag-technology","tag-wissenschaft","tag-wissenschaft-technik"],"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@ch_de\/117084669323015698","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/248377","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=248377"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/248377\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/248378"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=248377"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=248377"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=248377"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}