Universität Luxemburg (SnT)
Der Miniatur-Satellit Poquito
POQUITO (PocketQube for In-Orbit Technology Operations - oder „ein bisschen“ auf Spanisch) ist ein 5x5x5 cm großer Miniatur-Satellit, d. h. einer der kleinsten Satelliten der Welt.
Es handelt sich um den ersten Satelliten, der vollständig der Universität Luxemburg gehört. Er wurde in nur einem Jahr von der Forschungsgruppe für Raumfahrtsysteme des SnT (Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust) entwickelt.
Dieser Nanosatellit wird am Dienstag, den 14. Januar 2025, an Bord einer SpaceX Falcon 9-Rakete gestartet und dient der technologischen Validierung. Poquito besteht aus zwei unabhängigen Kommunikationssatelliten, die über eine drahtlose optische Verbindung miteinander kommunizieren. Es soll überprüft werden, ob die beiden Systeme auf diese Weise miteinander kommunizieren können.
Diese Technologie wird potenzielle Anwendungen in der Kommunikation zwischen Satelliten und innerhalb von Satelliten (zwischen den Teilsystemen eines Satelliten) haben. Sie ist außerdem ein wichtiger Schritt hin zur Miniaturisierung der Technologien im Raumfahrtsektor. Solche Miniatur-Satelliten sind billiger zu produzieren und zu starten als größere Satelliten. Ihre Anwendungen sind vielfältig: Strahlungsmessungen, Tests von Technologien in der Umlaufbahn, Funkrelaissysteme...
Wir konnten Andreas Hein und Vittorio Franzese, zwei Mitglieder der Forschungsgruppe, interviewen, um mehr über das Poquito-Projekt zu erfahren.
Poquito : der Steckbrief des Satelliten
Typ: PocketQube
Größe: 5x5x5 cm - ungefähr die Größe eines Rubik-Würfels, oder einer Orange!
Gewicht: 185 g - das Gewicht eines jungen Kaninchens
Abschuss: 14. Januar 2025
Umlaufbahn: Synchron zur Sonne, in 525 km Höhe (ein Flugzeug fliegt ungefähr in einer Höhe von 10 km)
Dauer der Mission: 3 Jahre
Besonderheit: Poquito besteht aus zwei Miniatur-Satelliten, einem PocketQube und einem ChipSat, die miteinander kommunizieren werden
Was passiert bei Poquitos Start?
Vittorio Franzese erklärt uns: „Poquito wird zusammen mit anderen kleinen Raumfahrzeugen in einen größeren Satelliten eingefügt, der als Taxi dient. Dieser große Satellit wird in einer Umlaufbahn entfaltet und wechselt dann in eine andere Umlaufbahn, bevor er seinerseits Poquito entfaltet. Dieser Vorgang wird etwa 7 bis 14 Tage dauern“.
Sobald der Satellit entfaltet ist, wird er sich automatisch einschalten und beginnen, über das UHF-Band (Ultra High Frequency) mit der SnT-Bodenstation in Luxemburg zu kommunizieren.
Und wie geht es weiter? „Wir haben eine sehr niedrige Höhe (525 km) gewählt, in der sich noch Partikel in der Atmosphäre befinden. Orbit für Orbit stößt der Satellit auf einen kleinen Widerstand, der durch diese Partikel verursacht wird; er wird immer langsamer, bis er schließlich spiralförmig absinkt und vollständig in der Atmosphäre verglüht. Auf diese Weise wird er keine Bedrohung für die Bevölkerung darstellen und die Atmosphäre nicht verschmutzen“, sagt Vittorio Franzese.
Was ist das Besondere an Poquito?
Es besteht aus zwei miniaturisierten Kommunikationssatelliten: einem PocketQube und einem ChipSat. Der ChipSat ist eine Nutzlast aus gedruckten Schaltkreisen, die 5x5x0,2 cm - die Größe einer Kreditkarte - misst und autonom funktioniert.
Infobox
Ein PocketQube ist eine Art ultrakompakter Satellit, der noch kleiner als ein CubeSat ist.
Ein CubeSat ist ein standardisierter Kleinsatellit, der häufig für kostengünstige Weltraummissionen eingesetzt wird. Er besteht aus 10x10x10 cm großen würfelförmigen Einheiten, die zu größeren Satelliten zusammengesetzt werden können.
Wie der CubeSat verwendet auch der PocketQube einen modularen Ansatz, allerdings mit kleineren Einheiten.
Sie sind noch billiger herzustellen und zu starten als CubeSats, was sie für Universitäten, Startups und einzelne Forscher zugänglich macht.
Die Weltraummission besteht darin, die Kommunikation zwischen diesem ChipSat und dem PocketQube, die beide an der Universität Luxemburg entwickelt wurden, zu testen.
Laut Vittorio Franzese ist die Art und Weise, wie diese miteinander kommunizieren, ein Novum: „Dies ist die erste Mission, die zwei eigenständige Satelliten zusammenbringt: den PocketQube und den ChipSat, der elektrisch unabhängig ist. Der ChipSat ist ein Satellit von der Größe einer Kreditkarte, der auf dem PocketQube platziert wird. Es gibt keine Kabel, keine Datenübertragung auf herkömmliche Weise zwischen diesen beiden Satelliten; alle Daten werden unabhängig voneinander gesammelt und dann über miniaturisierte Leuchtdioden (LEDs) für die optische Kommunikation übertragen . Wir haben Kommunikationsprotokolle integriert, die den Informationstransfer ermöglichen werden.“
Obwohl sich der ChipSat physisch an Bord des POQUITO-Satelliten befindet, funktioniert er unabhängig mit seiner eigenen Solarenergieproduktion, Datenverwaltung, Sensoren und Kommunikationsverbindungen.
Entscheidend ist, ob es uns gelingt, eine Kommunikation zwischen den beiden Satelliten herzustellen. Wenn uns dies gelingt, können wir uns vorstellen, mit ähnlichen Konstellationen größere Regionen des Weltraums zu erschließen.
Vittorio FRANZESE
Welche Herausforderungen bringt die Miniaturisierung eines Satelliten mit sich?
Nanosatelliten müssen alle Funktionen der großen - Energieerzeugung, Lageregelung, Kommunikation und strukturelle Integrität - in einem viel kleineren Volumen erfüllen.
Trotz ihrer geringen Größe können sie miniaturisierte Komponenten wie Sensoren, Antennen und Kommunikationssysteme an Bord haben.
Infobox
Die Lageregelung eines Satelliten bezieht sich auf die Gesamtheit der Systeme, die zur Ausrichtung und Aufrechterhaltung der Position eines Satelliten im Weltraum verwendet werden. Die Lage bezeichnet die Ausrichtung eines Objekts relativ zu einem bestimmten Referenzsystem, häufig relativ zur Erde oder zu Sternen. Die Lageregelung sorgt dafür, dass der Satellit in der richtigen Position bleibt, um seine Aufgaben zu erfüllen.
Poquito ist eine Mission zur technologischen Validierung. Wir werden bestimmte optische Verbindungstechnologien sowie Orientierungs- und Steuerungstechnologien unter Beweis stellen, die vor allem aufgrund der geringen Größe des Satelliten schwierig zu realisieren sind. Wir verfügen über weniger Ressourcen als ein großer Satellit. Wir müssen alles miniaturisieren und gleichzeitig alle Funktionen, die wir benötigen, beibehalten.
Vittorio Franzese
Auf welche Schwierigkeiten stieß das Poquito-Projekt?
Der schwierigste Teil des Projekts war der enge Zeitrahmen (ein Jahr statt der zehn Jahre, die man normalerweise für die Planung einer Weltraummission benötigt!). Wir haben einen Slot auf der Space-X-Trägerrakete gebucht, und das war unser Zielpunkt“, erzählt Vittorio Franzese. „Es ist toll zu wissen, dass innerhalb eines Jahres eine solche Mission möglich ist. Das ist ein Paradigmenwechsel.
Die Forschungsgruppe ist sehr jung, wir haben erst vor drei Jahren angefangen. Dies ist das zweite Objekt, das wir in den Weltraum schießen. Die Herausforderung ist groß: Wir mussten uns in einem sehr kurzen Zeitraum mit tausend kleinen und großen Problemen auseinandersetzen. Die menschliche Dimension ist wichtig. Oft sprachen wir während der Kaffeepause über unsere letzten Missgeschicke und fragten uns, ob wir weitermachen sollten; wir wollten einfach nur wissen, wie weit wir gehen konnten. Weit, würde ich heute sagen.
Andreas Hein
Ein Projekt, das eine Demokratisierung der Raumfahrt unterstützt
Vittorio Franzese erklärt uns, wie dieses Projekt die Demokratisierung der Raumfahrt unterstützt: „Jetzt kann jeder mit einem Minimum an Finanzierung in den Weltraum fliegen. Die Zukunft ist vielversprechend. Das war vor 10 oder 20 Jahren noch nicht der Fall, als nur große Agenturen und Regierungen Zugang zum Weltraum hatten. Es beginnt ein völlig neues Zeitalter der Raumfahrt“.
Natürlich geht diese Demokratisierung des Weltraums mit Normen, Vorschriften und Richtlinien einher, die eingehalten werden müssen. Es muss sichergestellt werden, dass man keine Bedrohung für andere Satelliten darstellt, dass man den Weltraum nicht verschmutzt, dass das System nachhaltig ist usw.
Eine Anekdote über Poquito?
„Während des Qualifikationsverfahrens funktionierte der Satellit auf einmal nicht mehr richtig und wir konnten nicht herausfinden, warum“, erzählt Vittorio Franzese. „Also haben wir das gemacht, was wir normalerweise mit Laptops machen: Wir haben ihn komplett zerlegt, alles wieder eingebaut, ihn wieder eingeschaltet und ... er hat funktioniert. Wir wurden qualifiziert“.
In diesem Sinne wünschen wir Poquito einen guten Flug!
Autorin: Diane Bertel
Editorin: Michèle Weber (FNR)
Foto credits: SnT (Universität Luxemburg)
