Weltraumforschung und Exploration

Die Erkundung des Weltraums ist ein uralter, faszinierender Menschheitstraum

Nicht erst seit die TV-Serie Star Trek ins Fernsehen kam wissen wir, dass der Weltraum „unendliche Weiten“ hat. Bereits lange vor Star Trek wollten die Menschen wissen, wie es jenseits der Erde aussieht. Unbekannte Welten erkunden, die Zusammenhänge des Universums verstehen, Rohstoffe von anderen Planeten nutzen und vielleicht Hinweise auf außerirdisches Leben entdecken – das alles fasziniert die Menschen seit jeher. Und Antworten auf Fragen zu diesen Themen zu finden, war schon immer ein innerer Antrieb der Menschen – und schon immer hat es ihren Forschergeist geweckt.

Diese Pioniere mit Forschergeist treiben die Weltraumforschung (Space Exploration) voran und gewinnen neue Erkenntnisse über die Erde und den Weltraum. So waren es in Europa etwa zu Zeiten der Renaissance (15. und 16. Jahrhundert) Pioniere der Astronomie wie Nikolaus Kopernikus, Johannes Kepler oder Galileo Galilei, die mit ihren Beobachtungen der Himmelskörper den Nachweis für das geozentrische Weltbild erbracht haben. Die Erde dreht sich um die Sonne – nicht umgekehrt, wie beim heliozentrischen Weltbild.

Im 16. Jahrhundert dachten die Menschen, die Erde sei das Zentrum des Universums. Dank der Astronomie haben wir nach und nach herausgefunden, dass die Erde ein normaler Planet in einem normalen Sonnensystem in einer normalen Galaxie ist.

Anthony Beasley, Direktor des National Radio Astronomy Observatory (NRAO)

Erst in den 1960er-Jahren wurde die Erdatmosphäre verlassen

Obwohl sich die Menschheit schon viele Jahrhunderte mit Weltraumforschung beschäftigt, hat sie erst in den 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts auch physisch die Erde verlassen und sich damit von der Astronomie gelöst. Raumflüge mit und ohne Besatzungen haben eine neue Ära der Weltraumforschung eingeläutet: Denn erstmals konnte die Erdatmosphäre durch Satelliten, Raumsonden und Raketen überwunden werden. Das reduzierte die Störungen durch Strahlungsarten wie Röntgen- oder Infrarotstrahlung erheblich.

Gleichzeitig besteht auch erst seitdem die Möglichkeit, direkt zu anderen Himmelskörpern zu fliegen – unbemannt und zum Mond auch in bemannten Raumfahrtmissionen. Außerdem werden auf der Erde immer größere und präzisere Teleskope gebaut, die Erkenntnisse über den Weltraum sammeln.

Expertise in der Weltraumforschung und ihr Nutzen für den Menschen

Die Möglichkeiten der Raumfahrt haben der Weltraumforschung neuen Schub verliehen. Seitdem sind die Erkenntnisse der Menschen immens gewachsen. Die Weltraumforschung ist vielschichtiger geworden, komplexer und anspruchsvoller. Doch Weltraumforschung ist kein Selbstzweck. Im Gegenteil: Es geht darum, den Nutzen für den Menschen in den Mittelpunkt zu stellen. Das ist die Philosophie von OHB.

So werden Satelliten und Raumsonden mit wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Sie liefern Daten von fernen Planeten, Monden oder sogar Asteroiden. Durch die vergleichende Analyse dieser Daten lernen die Forscher beispielsweise, die Entstehung der Erde besser zu verstehen und können zuverlässige Ableitungen für aktuelle Klimaberechnungsmodelle machen.

Klar ist: Die Erkundung des Weltalls ist aufwändig und erfordert neue Technologien. Seit über zwei Jahrzehnten ist OHB als Aerospace-Unternehmen mit seinen Tochtergesellschaften im Bereich Exploration und Weltraumforschung tätig. Durch zahlreiche Studien und Projekte zur Erkundung von Mars, Mond, Jupiter und Exoplaneten hat OHB die notwendige Expertise aufgebaut, um Explorationsprojekte der großen Raumfahrtagenturen zu unterstützen. Seit vielen Jahren ist OHB ein anerkannter Partner für die Realisierung komplexer Explorationsmissionen.

Können wir Rohstoffe aus dem All nutzen, wie geht Life Sciences im Weltraum und wie ist das Universum entstanden?

Immer wieder geht es im Bereich Exploration auch um die Frage, ob wir Menschen die Ressourcen anderer Planeten oder Asteroiden als Rohstoffquelle nutzen können. Hochrelevant ist auch die Forschung unter Weltraumbedingungen, insbesondere im Bereich Life Sciences. Denn sollten die Menschen eines Tages die Erde verlassen (müssen), dann sind etwa Untersuchungen des Immunsystems von Astronauten, die Erforschung ökologischer Zyklen in bioregenerativen Lebenserhaltungssystemen und die Entwicklung innovativer Energiesysteme Voraussetzungen für langfristige Aufenthalte im Weltall.

Großes Know-how ist auch für den Blick von der Erde in den Weltraum unverzichtbar: Die OHB-Tochter MT-Mechatronics ist Auftragnehmer und Zulieferer für viele optische Teleskope und Radioteleskope. Neben grundsätzlichen Erkenntnissen über die Entstehung unseres Universums, suchen die Teleskope auch nach Hinweisen auf außerirdische Lebensformen.

Diese Technologien sind relevant für die Weltraumforschung

Wer die Weltraumforschung und -nutzung in den Fokus rückt, muss im Rahmen intensiver Studien ein Szenario definieren, das die grundsätzliche Machbarkeit und das konkrete Umsetzen eines Projekts auf solide Beine stellt. Diese Studien sind der erste – und wichtige – Schritt auf dem Weg, große Explorationsprojekte zu erschließen. Aus Sicht von OHB geht es vor allem darum, innerhalb dieser Studien die technologischen Grundlagen zu schaffen, um ferne Planeten zu erkunden. Dabei gibt es verschiedene Technologien, die relevant sind, um die Exploration des Weltraums voranzutreiben.

Erkundung aus der Nähe: Orbitertechnologie

Die Menschheit ist einen großen Explorationsschritt weiter, wenn sie Planeten, Monde oder Asteroiden aus der Nähe erforscht. Dies geht mit Raumsonden, die den Himmelskörper auf einer Umlaufbahn – einem Orbit – umkreisen. Die Herausforderung für solche Orbiter: Sie müssen große Distanzen zurücklegen, gleichzeitig müssen ihre Systeme unter extremen Weltraumbedingungen funktionieren, denn die Daten sollen zuverlässig an die Erde übermittelt werden.

Pionierarbeit für die europäische Orbitertechnologie leistete hier OHB Sweden: 2003 schickte das Unternehmen mit SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology) die erste europäische Raumsonde zum Mond. Sie testete einen solar-elektrisch betriebenen Ionenantrieb, neue Navigations- und Kommunikationstechniken und untersuchte die chemische Zusammensetzung der Mondoberfläche. Die Weltraumforschung bekam durch diese ESA-Mission wichtige Erkenntnisse über die Entstehung des Mondes vor über vier Milliarden Jahren.

Sicher in die Atmosphäre kommen: Eintrittstechnologie

Immer wenn wir in der Weltraumforschung ins All vordringen und unbekannte Himmelskörper erreichen, stellt dies neue Herausforderungen an die Eintrittstechnologien: Je nach Planet beziehungsweise Mond und Umdrehungsgeschwindigkeit sind die atmosphärischen Bedingungen unterschiedlich. Darauf müssen etwa Raumfahrzeuge in ihrer technischen Infrastruktur vorbereitet sein, damit sie beim Eintritt in die Atmosphäre keinen Schaden nehmen und ihre Aufgabe erfüllen können.

Schadenfrei außerhalb der Erde ankommen: Technologie für präzise Landungen

Die Oberfläche der Erde ist weitgehend bekannt – und größtenteils wissen Fachleute, wie und wo Starts und Landungen durchgeführt werden können. Im Zweifelsfall lassen sie sich relativ unkompliziert testen. Aber bereits auf dem (Erd-)Mond ist das Ausprobieren schon sehr viel aufwändiger. Generell gilt: Sicher und schadenfrei auf fremden Planeten, Monden oder Asteroiden zu landen, ist eine schwierige Disziplin – und eine echte Herausforderung für Ingenieure. Denn andere Gravitationskräfte, unterschiedliche Oberflächen und Temperaturen oder schwer kalkulierbare Winde schrauben die technologischen Ansprüche an die Systeme hoch. In vielen Studien und Projekten hat OHB hier immer wieder Pionierarbeit geleistet.

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Für komplexe Aufgaben ohne Astronauten: Robotik

Vor allem bei unbemannten Missionen sind Roboter und robotische Elemente zentraler Bestandteil der Exploration. Rover, also Landefahrzeuge, oder Module auf Raumstationen, müssen Proben entnehmen oder Analysen automatisch durchführen. Roboter sollen künftig noch zuverlässiger arbeiten und in der Lage sein, immer komplexere Aufgaben übernehmen.

Die OHB System AG leistete Pionierarbeit beim ersten deutschen Robotik-Experiment im Weltraum: mit dem 50-Zentimeter-Gelenkarm-Roboter ROKVISS (Robotik-Komponenten-Verifikation auf der ISS). ROKVISS hat zwischen 2005 und 2010 rund 500 Tests auf der Internationalen Raumstation ISS absolviert. Ziel des vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beauftragten und in Deutschland geplanten und entwickelten Projekts: neue Roboterhardware und leistungsfähige Steuerungskonzepte im realen Missionsbetrieb zu testen. Diese Technologie soll künftig Astronauten bei ihren komplizierten Arbeiten im All unterstützen und dabei helfen, Satelliten im Weltraum zu reparieren. Die OHB System AG war zuständig für Entwicklung und Bau des Experimentcomputers, der Stromversorgung und der technischen Unterstützung des DLR, außerdem Hauptauftragnehmer für die Kommunikationsinfrastruktur.

Proben auf die Erde bringen

Mondgestein wurde bereits von den Astronauten der Apollo-Missionen auf die Erde gebracht. Aber nun Gesteinsproben vom Mars, anderen Planeten oder Asteroiden auf die Erde zu bringen, das ist ein großes Ziel der aktuellen Weltraumforschung. ESA und die NASA arbeiten seit vielen Jahren daran und haben zahlreiche Studien dazu in Auftrag gegeben. OHB hat sich mit unterschiedlichen Aufgaben daran beteiligt – etwa bei den Projekten Mars Sample Return oder Marco Polo-R von der ESA, bei dem Proben auf einem erdnahen Asteroiden eingesammelt werden sollen.

Ausgewählte Projekte und Missionen für Exploration von OHB

 

Den Roten Planeten unter die Lupe nehmen: ExoMars

Das ExoMars-Programm (Exobiologie auf dem Mars) von ESA und der russischen Weltraumagentur Roskosmos hat ein Hauptziel: Es soll die Fragen klären, ob auf dem Roten Planeten einmal Leben existiert hat oder sogar noch existiert. Außerdem sollen Gefahrenpotentiale erkannt werden, die bei einer bemannten Marslandung auftreten könnten.

Das ExoMars-Programm ist in zwei Missionen unterteilt. Mission 1 startete im Jahr 2016 mit einer Proton-Rakete vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur. Sie besteht aus einem Marsorbiter, also einem Satelliten, und einem Landemodul. Hier sollte vor allem die Technologien für die Landung erprobt werden.

Die OHB System AG lieferte Struktur, Thermal- und Antriebssystem – und damit das Herzstück des Marsorbiters. Der Satellit sendet Bilder vom Mars, außerdem Messdaten und soll die Marsatmosphäre nach Spuren von Methangas untersuchen. Die Wissenschaftler wollen herausfinden, ob diese Spuren einen geologischen oder biologischen Ursprung haben. Außerdem ist der Orbiter die Daten-Relais-Station für Mission 1 und 2. Das Landemodul Schiaparelli gilt aufgrund eines Softwarefehlers als verloren, lieferte bei seinem Aufprall aber wertvolle Daten für die Folgemission.

ExoMars - A promising future

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Der Start für die ExoMars-Mission 2 ist 2020 geplant. Die OHB System AG ist als Hauptauftragnehmer vorgesehen für den Carrier, der eine Oberflächenplattform und einen Rover zum Roten Planeten bringt sowie für zahlreiche Instrumente auf dem Rover. Antwerp Space wurde zudem im Oktober 2016 von der ESA mit dem Lander-Radioscience-Instrument (LaRa) für die Oberflächenplattform beauftragt.

LaRa soll präzise Messwerte über die Ausrichtung und Rotation des Roten Planeten liefern und so zu einem besseren Verständnis seiner inneren Struktur beitragen. Darüber hinaus kann LaRa etwa die Bewegung des Eises an den Polkappen und deren Auswirkungen auf die Rotation des Mars untersuchen.

ExoMars-Broschüre (DEU/ENG): Zwei Missionen, ein Programm zur Erforschung des Roten Planeten

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Mehr über LaRa erfahren Sie bei Antwerp Space

Was Menschen im Weltraum brauchen: Internationale Raumstation ISS

Auch für die Weltraumforschung auf der ISS leistet OHB wertvolle Beiträge: vor allem für das europäische Weltraumlabor COLUMBUS. Im Bereich technischer Infrastruktur hat die OHB System AG unter anderem den aus elf Hauptteilen bestehenden Kabelbaum gebaut und getestet. Außerdem entwickelte die OHB System AG viele Experimenteinrichtungen – etwa das medizinische Labor EPM (European Physiological Modules) zur Durchführung von physiologischen Experimenten im Weltall und das Astronauten-Fitnessgerät Flywheel. Als einziges Raumfahrtunternehmen war die OHB System AG an allen Forschungsmodulen des COLUMBUS-Labors maßgeblich beteiligt.

Auf zum „Gasriesen“ Jupiter: die Raumsonde JUICE

JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) ist die erste große ESA-Mission aus dem Programm Cosmic Vision 2015–2025. Die Raumsonde soll im Jahr 2022 starten und 2029 am Jupiter ankommen. Dort wird sie den riesigen Gasplaneten und drei seiner größten Monde (Ganymed, Callisto und Europa) detailliert beobachten. Die OHB-Tochter Antwerp Space bekam den Auftrag, das komplette Kommunikations-Subsystem zu entwickeln, zu integrieren und zu testen, bevor es auf der JUICE-Raumsonde installiert wird. Dieses Kommunikations-Subsystem stellt während der gesamten Mission die Verbindung zur Erde sicher.

Auf der Suche nach Dunkler Materie: der Forschungssatellit EUCLID

Dunkle Materie und Dunkle Energie machen rund 95 % der gesamten Dichte im Universum aus. Über ihre Natur ist allerdings bisher nur wenig bekannt. Es ist eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen, Erkenntnisse über diese rätselhaften Formen der Materie und Energie zu gewinnen und damit unser physikalisches Weltbild zu erweitern. Mit einem Teleskop und Instrumenten ausgestattet, wird der ESA-Wissenschaftssatellit EUCLID ab 2020 einige Geheimnisse von Dunkler Materie und Dunkler Energie lüften. Er soll das Licht entfernter Galaxien auffangen, um die Ausdehnung des Weltalls zu vermessen. Dadurch können wesentlich genauere Modelle zur Entwicklung des Universums aufgestellt und der Frage nach dem Einfluss von Dunkler Materie und Dunkler Energie nachgegangen werden. OHB Sweden liefert das chemische Antriebssystem und Teile des Mikro-Antriebssystems für EUCLID.

Das größte Radioteleskop der Welt: ALMA in Chile

In der chilenischen Atacama-Wüste, rund 5000 Meter über dem Meeresspiegel, erforschen seit 2013 66 hochpräzise Antennen, wie Planeten und Sterne entstanden sind. ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) ist das größte Radioteleskop der Welt und es wird unter anderem von der Europäischen Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO) betrieben. Die OHB-Tochter MT Mechatronics übernahm eine führende Rolle bei der Montage, Inbetriebnahme und Lieferung der 25 europäischen Antennen.

Revolutionary ALMA Image Reveals Planetary Genesis

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