Die NASA unterstützt im Rahmen ihres Programms Innovative Advanced Concepts (NIAC) 18 neue Technologieideen, die das Potenzial haben, künftige Raumfahrtmissionen grundlegend zu verändern.
Zu den geförderten Ideen zählen Konzepte für widerstandsfähige Raumfahrzeuge zur Erforschung der Venus, beheizbare Raumanzüge für Einsätze auf dem Mond, Technologien zur teilweisen Abschirmung von Sonneneinstrahlung sowie neuartige Missionen zur Untersuchung von Saturns Ringen.
Ein besonders auffälliges Projekt schlägt vor, rund 10.000 sogenannte Femtosatelliten in die Umgebung Saturns zu schicken. Diese sehr kleinen Sonden mit einem Gewicht von weniger als 100 Gramm könnten direkt in den Ringen des Gasriesen Messdaten sammeln. Da bei einer solchen Mission Kollisionen mit Ringpartikeln wahrscheinlich wären, setzt das Konzept bewusst auf eine große Zahl verteilter Kleinstsonden: Selbst wenn viele Einheiten verloren gingen, könnte die Mission weiterhin wertvolle Daten liefern. Das ist die Grundidee hinter dem NIAC-Vorschlag „Aktiv steuerbare Femtosatelliten-Konstellationen zur In-situ-Erforschung von Saturns Ringen, Atmosphäre und Magnetosphäre“.
Dr. Michael Rubenstein, der leitende Wissenschaftler hinter dem Projekt, gilt weltweit als Experte für Schwarmrobotik. Sein bekanntestes Projekt ist vermutlich Kilobot: ein Schwarm aus mehr als 1.000 winzigen Robotern, die autonom kommunizieren und komplexe Formen bilden können. Die Übertragung dieses Wissens über kleine, koordinierte Roboter auf die Raumfahrt führt direkt in den Bereich der Femtosatelliten. Die NASA gab dieses Projekt als eines von 18 ausgewählten Frühphasen-Konzepten bekannt, die zusammen mit 3,2 Millionen US-Dollar gefördert werden. Jede Phase-I-Förderung umfasst bis zu 175.000 US-Dollar für eine erste, neunmonatige Untersuchung dieser bahnbrechenden Technologien.
Femtosatelliten sind keine reine Science-Fiction in den USA. Im Jahr 2019 setzte die Mission KickSat-2 insgesamt 105 sogenannte Sprites in einer niedrigen Erdumlaufbahn aus. Dort zeigten sie, dass sie aktiv mit Bodenstationen kommunizieren können. Allerdings verfügten die Femtosatelliten bei dieser Mission über keinen eigenen Antrieb und waren daher bei ihrer Flugbahn weitgehend den Einflüssen der Erdatmosphäre ausgeliefert.
In Rubensteins Vorschlag ist klar vorgesehen, dass die 10.000 Femtosatelliten über eine Form aktiver Steuerung verfügen – diese Anforderung steckt bereits im Projektnamen. Der genaue Steuerungsmechanismus ist derzeit noch offen. Denkbar wären etwa Mikrodüsen oder elektromagnetische Halteseile, die Saturns chaotische Magnetfelder nutzen. Ein aktiver Antrieb würde der Mission jedoch Fähigkeiten verleihen, die mit einer einzelnen Raumsonde nicht erreichbar wären.
Tausende Femtosatelliten könnten in die Ringe eintauchen und erstmals Messungen direkt vor Ort zu deren Bewegungsverhalten liefern. Damit ließen sich auch offene Fragen dazu untersuchen, wann die Ringe entstanden sind. Gleichzeitig könnten weitere Sonden in verschiedene Bereiche der oberen Saturnatmosphäre eintauchen und an vielen Orten gleichzeitig Daten sammeln. Das würde genauere Wettervorhersagen für unseren ringförmigen Nachbarn ermöglichen. Auch das stark wechselhafte Magnetfeld könnte parallel von zahlreichen Femtosatelliten aus unterschiedlichen Umlaufbahnen und Höhen überwacht werden.
Klar ist allerdings: Es wird noch eine Weile dauern, bis diese Mission tatsächlich den Saturn erreicht. NIAC-Phase-I-Projekte dienen der Förderung früher Konzeptideen und laufen in der Regel etwa ein Jahr. Häufig folgt darauf ein mehrjähriges Phase-II-Projekt. Selbst danach wären weitere Jahre der Finanzierung und Entwicklung nötig, bevor ein tatsächlicher Start möglich wäre – und anschließend würde die Reise zum Saturn wiederum mehrere Jahre dauern. Frühestens wäre daher wohl in den 2040er-Jahren mit wissenschaftlichen Messungen zu rechnen. Genau darin liegt jedoch der Zweck von NIAC: langfristige, risikoreiche Ideen zu fördern, die sich erst Jahrzehnte später auszahlen könnten. Wenn dabei zugleich beeindruckende Fortschritte in der Schwarmrobotik entstehen, profitiert die Raumfahrt insgesamt davon.
Quellen: https://robotics.northwestern.edu/people/profiles/faculty/rubenstein-mike.html
NASA / Michael Rubenstein – Actively Steerable Femtosat Constellations for In-situ Exploration of Saturn’s Rings, Atmosphere, and Magnetosphere