Die Ergebnisse könnten weitreichende Bedeutung für die Überwachung des Weltraumverkehrs, Kollisionsvermeidung und alternative Navigation haben.
Was tun, wenn im All kein GPS verfügbar ist? Ein Satellitenexperiment der NASA zeigt einen möglichen Weg.
Die NASA-Mission Starling besteht aus vier Cubesats in niedriger Erdumlaufbahn. Sie testet, ob Raumfahrzeuge andere Satelliten als bewegliche Orientierungspunkte nutzen können, um auch ohne GPS zuverlässig zu navigieren.
Die seit drei Jahren laufende Technologiedemonstration wird bis mindestens 2028 verlängert. Im Mittelpunkt steht FALCON („Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation“), ein gemeinsames Experiment mit dem Industriepartner EraDrive.
Nach Angaben der NASA könnten Technologien wie FALCON künftige Mond-Satellitenschwärme, verteilte Wissenschaftsmissionen und bemannte Erkundung unterstützen.
Auch das US-Verteidigungsministerium untersucht Alternativen zu GPS, weil die bestehende Satelliteninfrastruktur als verwundbar gilt. Initiativen wie SpaceWERX und Space Systems Command suchen daher neue Ansätze für Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung im All.
Bei FALCON geht es vor allem um große Entfernungen: Während Satelliten nahe der Erde noch gut auf GPS und andere Referenzen zugreifen können, nimmt diese Möglichkeit bei Missionen zum Mond, Mars oder darüber hinaus deutlich ab. Das ist besonders relevant, weil die NASA mit Artemis erneut Menschen auf den Mond bringen und dort langfristig Infrastruktur aufbauen will.
Auch Industrie und Militär interessieren sich stark für den Mond und den cislunaren Raum. Die Navigation dort ist anspruchsvoll: Schwerkraftanomalien des Mondes können Satellitenbahnen beeinflussen und im Extremfall Abstürze auf die Mondoberfläche begünstigen.
Bevor die Technik am Mond erprobt wird, testet die NASA sie erdnah. EraDrive lieferte die Flugsoftware und Algorithmen. FALCON nutzt Kameradaten der Starling-Satelliten sowie einen Bordkatalog mit Tausenden bekannten Satelliten und Weltraumobjekten.
Neben GPS-unabhängiger Navigation demonstriert die Mission auch Weltraumlageerfassung: Raumfahrzeuge sollen ihre Umgebung, einschließlich anderer Satelliten und Trümmerobjekte, eigenständig erfassen und darauf reagieren können.
Laut NASA-Programmmanager Roger Hunter könnten die FALCON-Ergebnisse die Überwachung des Weltraumverkehrs, die Kollisionsvermeidung und alternative Navigationsverfahren deutlich voranbringen.
In den ersten drei Jahren erreichte FALCON zwei wichtige Meilensteine. Für Positionierung, Navigation und Zeitbestimmung beobachteten die Satelliten andere Objekte mit ihren Kameras und glichen diese Daten mit einer Borddatenbank ab, die rund 20.000 öffentlich verfügbare Objekte aus US-Verteidigungsdaten enthält.
Anschließend nutzte FALCON die erkannten und verifizierten Objekte als Referenzpunkte, um die eigene Umlaufbahn zu bestimmen. Außerdem verbesserten die autonomen Beobachtungen innerhalb von nur drei Tagen die Bahnvorhersagen für 200 einzelne Objekte.
Nach NASA-Angaben ist dies die erste optische Selbstbestimmung einer Raumfahrzeugbahn anhand der relativen Position zu anderen Objekten im All. Zugleich lieferten die Katalog-Experimente an Bord bessere Positionsvorhersagen als manche bodengestützten Daten.
Die vier Starling-Satelliten fliegen in etwa 565 Kilometern Höhe, rund zehn Kilometer höher als ursprünglich geplant. Grund war das Risiko, Starlink-Satelliten in einer nahegelegenen Umlaufbahnschale zu nahe zu kommen. Damit erprobt Starling seine Technik in bereits dicht genutzten Erdorbits.
Langfristig will die NASA die gewonnenen Erkenntnisse auf Missionen zum Mond und Mars übertragen — sowohl für wissenschaftliche Anwendungen als auch für ein künftiges interplanetarisches Verkehrsmanagement.