(Text: Jörn Auf Dem Kampe)
Gegen 11.45 Uhr mitteleuropäischer Zeit herrscht im Kontrollzentrum konzentrierte Anspannung. Noch ein paar Sekunden, dann wird »Forest-2« auf seinem Weg ins Weltall einen großen Schritt vorankommen. Jedoch nur, wenn bei diesem Experiment nichts schiefgeht. Ein Klick mit der Maustaste, und die Erfindung eines Münchner Start-ups setzt sich in Bewegung. Ohren-betäubendes Rauschen ertönt. Es erinnert entfernt an den Sound einer startenden Rakete. Aber hier zünden keine Triebwerke.
Denn »Forest-2« ist ein Satellit, der erst noch abheben soll. Sein Innenleben allerdings, eine mit drei Spezialkameras und Elektronik bestückte Kiste, macht heute zum Test einen Höllenritt in Bodennähe durch – im »Vibration Control Centre« in Ottobrunn nahe der bayerischen Landeshauptstadt.
Gebeuteltes Satellitenherz
Festgeschraubt auf einer Stahlplatte wird das Herzstück des künftigen Satelliten von einer Schüttelmaschine durchgerüttelt: dem tonnenförmigen, Tausende Kilo schweren wassergekühlten »Shaker«, dessen Federung Luftbälge übernehmen. Ohne sie wäre seine Urgewalt zu viel für das Gebäude drumherum, Risse in Boden und Wänden wären unausweichlich. Angestrengt beobachtet Ingenieur Rok Šeško deshalb vom Kontrollraum aus, ob das Ungetüm an seinem Versuchsobjekt Schaden anrichtet. Es wäre ein Rückschlag.
Denn schon in ein paar Monaten soll das Herzstück von »Forest-2«, in eine Außenhülle gepackt, in einer Umlaufbahn in 525 Kilometer Höhe um die Erde rotieren. Rok Šeško will wissen, ob die Hightech-Komponenten, die empfindlichen Kameraobjektive etwa, den Transport im Gepäckraum einer Rakete überstehen. Immerhin dauert es rund zehn Minuten, bis die 70 Meter lange Falcon 9 ihre Reiseflughöhe erreicht, wo sie »Forest-2« laut Plan zusammen mit anderen Satelliten aussetzen wird. Befeuert von neun Triebwerken entwickelt die Rakete eine Schubkraft, die sechsmal so stark ist wie jene, die einen voll besetzten Airbus A-380 abheben lässt.
Das vom privaten US-amerikanischen Raumfahrtkonzern SpaceX gebaute Geschoss beschleunigt auch mit fast dem Sechsfachen der Erdbeschleunigung – Fluggäste werden beim Start eines Airbus A-380 nur mit Bruchteilen davon in die Sitze gedrückt. Vor allem aber versetzen die Triebwerke ihre Hülle in weit intensivere Vibrationen, als es bei einem Passagierflugzeug der Fall ist. Hunderte Schwingungen pro Sekunde lassen die Rakete während des Liftoffs erzittern. »Genau das simuliert der Härtetest«, sagt Šeško, beim Start-up OroraTech für solche Probeläufe verantwortlich.
Testen, verwerfen, lernen
Zum Glück hat sein Team, das »Forest-2« auf den Trip vorbereitet, schon Erfahrung mit Ausflügen ins All. Seit mehr als einem Jahr umkreist mit »Forest-1« ein ganz ähnlicher Satellit den Planeten. Beide sollen Waldbrände aufspüren. Die jeweils zwei Infrarotkameras an Bord registrieren Wärme, ein Prozessor verarbeitet die Daten sofort und schickt die Ergebnisse zur Erde, wo Forstbehörden auf sie zugreifen können.
Die beiden Trabanten sind Entwicklungen des Start-ups, das aus einem Studierendenprojekt der TU München hervorgegangen ist; P.M. berichtet im Rahmen einer Medienpartnerschaft von Anfang an über den Weltallvorstoß des jungen Unternehmens. OroraTech zählt zu »New Space«, einer neuen Generation von Raumfahrtunternehmen mit frischen Ideen. New-Space-Teams verwenden oft Teile, die nicht erst zeitraubend auf kosmische Brauchbarkeit geprüft werden, sondern etwa aus dem Elektronikversand stammen. Sie verlassen sich auch seltener auf aufwendige Computersimulationen, sondern fertigen von einzelnen Bauelementen schnell Dummy nach Dummy, testen, verwerfen, lernen. Sie setzen zudem auf winzige Satelliten, »Nano–Satelliten«: »Forest-2« ist insgesamt kaum größer als vier Milchtüten. Und sie schicken eher viele günstige Trabanten ins All, als nur einen einzelnen hochkomplexen und teuren Satelliten zu entsenden.
Prüfstand für Hightech-Träume
Bei lediglich zwei Spähern wird es bei OroraTechs Beobachtungsmission deshalb auch nicht bleiben. Schon im Jahr 2026 sollen insgesamt 100 Feuermelder den Globus großflächig scannen. Aber jeder davon wird vor dem Start zumindest in Teilen auf einem Shaker landen.
Ottobrunn bei München. Noch immer erfüllt das Rauschen die Maschinenhalle, wo das Innenleben von »Forest-2« auf seine Schütteltauglichkeit geprüft wird. Die Halle gehört zur Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH, kurz IABG. Der Dienstleister mit dem etwas umständlichen Namen erprobt für seine Kundschaft die Schwingfestigkeit von Achsfedern in Autos, nimmt Vogelschlagtests bei Flugzeugen vor, untersucht Baugrundstücke auf Weltkriegsmunition oder zertifiziert die Verkehrssicherheit autonom fahrender Trambahnen. So unscheinbar und schmucklos die grauen IABG-Gebäude wirken mögen, so hochemotional mag es dahinter zuweilen zugehen. Hier werden Hoffnungen zerstört oder genährt, zerschellen Ingenieursträume an blanken Zahlen, aufgeplatzten Schweißnähten, verschmorten Halbleitern. Oder kommen eben ihrer Vollendung näher.
Der IABG-Techniker Bertram Brugner führt heute für OroraTech den Test durch, er nennt das Versuchsobjekt beinahe liebevoll den »Prüfling«. Über Brugners Monitor im Kontrollraum schiebt sich gerade ein buntes Kurvendiagramm. Es zeigt jene Schwingungen an, die vier Detektoren aufzeichnen. Heute früh haben Laura Geismayr und Dominik Eckert die Sensoren an Bauteile von »Forest-2« geschraubt. Die beiden OroraTech-Maschinenbauer haben mithilfe der Detektoren nach Mustern gesucht: Wie bewegt sich das Satelliten-Herzstück, wenn man es auf dem Shaker auf sanfte Weise in Vibration versetzt? Wie sieht die Eigenschwingung des Konstrukts aus, gewissermaßen der charakteristische Fingerabdruck in Sachen Schwingung?
Unsichtbare Vibrationen
Würde sich beim Härtetest jetzt auch nur eine Schraube lockern, würde sich dieser Fingerabdruck verändern. Die Bewegung eines losen Teils könnte sich auf den ganzen Satelliten auswirken, Schwingungen unterschiedlicher Elemente könnten sich am Ende summieren, sich gegenseitig verstärken. Das könnte zerstörerisch wirken. Hätten sie ein Problem, würde das heute schon sichtbar werden – in einer verräterischen Verschiebung der Frequenzkurven etwa, einer Signatur des »Stresses«. Aber Laura Geismayr und Dominik Eckert sind hoffnungsvoll, dass der Prüfling alles schadlos übersteht. Mit einem Gehörschutz über den Ohren haben sie Position in der Halle -direkt neben dem Shaker bezogen und schauen auf das Experiment. Die Vibrationen, die ihren Schützling durchschütteln, sind mit dem menschlichen Auge kaum auszumachen. Die Kanten jener Kiste, die das Herzstück von »Forest-2« umgibt, wirken seltsam verschwommen, eine Folge der hochfrequenten Einwirkung.
Aber Geismayr und Eckert wissen auch, wie sie Nanosatelliten wie »Forest-2« fürs Weltall fit machen müssen. »Anders als etwa bei einem Flugzeug, das im Betrieb einer geringeren Dauerlast ausgesetzt ist, haben wir es hier eben nur mit einer kurzen, aber heftigen Belastung zu tun«, sagt Dominik Eckert.
Die Kiste, die Kameras und Bordelektronik beherbergt, ist deshalb aus einer hochfesten Aluminiumlegierung gefertigt und mit rippenförmigen Verbindungen versteift. In den Gehäusen der Optik wird Titan verwendet. Und die rund 100 Schrauben, die alles zusammenhalten, werden mit einem Kleber gesichert. »Vor allem verzichten wir völlig auf bewegliche Teile«, sagt Maschinenbauerin Geismayr.
Nach einer Minute erstirbt plötzlich das Getöse, der Probelauf stoppt. Laura Geismayr und Dominik Eckert streifen sich die Ohrenschützer ab, ziehen blaue Einmalhandschuhe an und setzen Masken auf. Zwar sind Teile des »Forest-2«-Herzstücks in glänzende Folie verpackt wie ein Präsent, sie wollen trotzdem vorsichtig sein und nichts kontaminieren. Ein paar bange Blicke aus nächster Nähe, nichts scheint gebrochen. Die Schrauben, zuvor mit Markierungen versehen, haben sich nicht gelöst. Das Team zeigt sich erleichtert. Zudem verheißen die Kurven auf dem Bildschirm des IABG-Mannes Brugner Gutes. Die Belastung hat das Schwingungsverhalten nicht verändert, der Fingerabdruck ist identisch geblieben. Auch bei weiteren Schüttelexperimenten erweist sich der Prüfling als resistent.
Hürdenlauf ins Weltall
Die Daten der Beschleunigungssensoren werden später einen mehr als 200-seitigen Prüfbericht füllen. Sie werden die Eignung in Sachen Schüttelstress von »Forest-2« bestätigen. Und noch am gleichen Abend wird sich im Orora-Tech-Hauptquartier herausstellen, dass die Optik keine Funktionen eingebüßt hat, ihr Fokus blieb unverändert.
Danach steht dem Hightech-Instrument noch ein Test in einer »Thermal-Vakuum-Kammer« bevor, in der Temperaturen von minus 30 bis plus 60 Grad Celsius wirken. In zwei Wochen folgt schließlich eine Reise nach Schottland zu einem Partnerunternehmen, wo ihm die Außenhülle samt Solarzellen und Antriebseinheit angepasst wird und weitere Prüfungen zu absolvieren sind.
Wenn alles gut geht, wird der Satellit »Forest-2« im Frachtraum an der Spitze der Falcon-9-Rakete starten, im Juni 2023 schon, bei einem Trip, den SpaceX nüchtern »Transporter-8 Mission« nennt. Natürlich steigt der kleine Satellit nicht von Ottobrunn bei München aus in den Himmel. Sondern in Cape Canaveral, Florida. Und die Anspannung des Teams wird dann kaum geringer sein.
Über die Medienpartnerschaft zwischen P.M. und OroratTech: Vor rund zwei Jahren hörten wir zum ersten Mal vom Start-up OroraTech. Ihre Vision begeisterte uns: mit modernster Technik ins All fliegen, um von dort Probleme auf der Erde zu lösen. Ihre Vision wurde zu unserer. Daher begleiten wir OroraTech im Rahmen einer Medienpartnerschaft und lassen Sie, unsere Leserinnen und Leser, intensiver als gewöhnlich daran teilhaben. Werden Waldbrände durch den Klimawandel häufiger? Wie ändert sich die Satellitentechnologie? Wie verschiebt sich das Verhältnis zwischen staatlicher und privater Raumfahrt? Seien Sie ganz nah dabei, wenn wir über die nächsten Schritte der Satelliten auf dem Weg ins All berichten: im Magazin P.M., im Podcast »Schneller schlau«, auf unserer Website sowie in exklusiven Formaten. Die Redaktion
