In den letzten Jahrzehnten ist die Raumfahrtindustrie rasant gewachsen. 2023 wurden mehr Satelliten als jemals zuvor ins All gebracht. Das führt auch dazu, dass sich immer mehr Weltraummüll in der erdnahen Umlaufbahn befindet. Marie-Curie-Fellow Dr. Felix Biertümpfel von der Professur für Flugmechanik und Flugregelung an der TU Dresden forscht, gemeinsam mit internationalen Expert:innen, an neuen Konzepten zur Bekämpfung von Weltraumschrott.

Dr. Biertümpfels Forschungstätigkeit ist eingebettet in das dreijährige Projekt "REDECORATE – REcommissioning and DEorbiting using CubeSat swarms with electrO spRAy ThrustErs". Im Rahmen des MSCA Global Postdoctoral Fellowship ist seine Arbeit nicht nur auf die TU Dresden begrenzt, sondern findet auch an den renommierten Einrichtungen des Massachusetts Institute of Technology und der University of Michigan statt.

Weltraummüll als Gefahr für laufende Missionen im All

Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation ESA kreisen über eine Million Objekte, die größer als ein Zentimeter sind, in einer Höhe von 200 bis 2.000 Kilometern über der Erde – im sogenannten Low Earth Orbit (LEO). 35.000 dieser Objekte werden regelmäßig verfolgt und katalogisiert. Nur etwa 9.000 dieser Objekte sind aktive Satelliten, Raumfahrzeuge oder andere Geräte. Die restlichen 26.000 sind Trümmerteile mit einer Größe von über zehn Zentimetern. Schon die Kollision mit kleinen Trümmerteilen kann katastrophale Folgen haben und stellt eine reale Gefahr für laufende Missionen und Astronaut:innen dar. Weltraummüll ist daher eine der größten aktuellen und zukünftigen Herausforderungen für die Raumfahrt.

Das von der Europäischen Kommission geförderte REDECORATE-Forschungsprojekt untersucht den Einsatz innovativer Regelungs- und Flugführungsansätze, in dem CubeSat-Schwärme mit Elektrospray-Triebwerken (iESE) kombiniert werden. Es zielt darauf ab, CubeSat-Schwärme durch den Einsatz zuverlässiger Regelungskonzepte und effektiver Antriebe für komplexe Missionen zur Bekämpfung von Weltraumschrott zu nutzen.

CubeSats sind kleine Satelliten, welche aus standardisierten, würfelförmigen Elementen, sogenannten "U"s, bestehen. Jedes dieser Elemente hat eine Seitenlänge von 10 Zentimetern und wiegt etwa ein Kilogramm. Werden mehrere CubeSats zu einem Schwarm zusammengeschlossen, können sie wesentlich effektiver arbeiten als einzeln. So kann zum Beispiel ein CubeSat-Schwarm, der günstig an einem Trümmerteil platziert ist, dessen Rotationsenergie abbauen und es anschließend abbremsen. Dadurch verliert der Weltraumschrott an Höhe und verglüht letztlich in der Atmosphäre.

© Felix Biertümpfel

Die iESE-Triebwerke tragen dazu bei, die CubeSat-Antriebe und Lageregelungssysteme zu verbessern. Durch den sukzessiven Einsatz in mehreren Stufen ermöglichen iESE-Triebwerke längere Missionen, höhere Zuverlässigkeit und länger verfügbaren Schub als Standardantriebe. "Durch diese moderne Triebwerkstechnologie könnten auch ausgemusterte Satelliten wieder in Betrieb genommen und so deren Einsatzdauer verlängert werden", beschreibt Dr. Biertümpfel die Zielsetzungen des Forschungsprojekts. "Hierfür würde ein an den Satelliten gedockter iESE-CubeSat-Schwarm als neues Positions- und Lageregelungssystem fungieren. Durch die Entwicklung und den Einsatz verbesserter und sicherer Regelungssysteme werden zudem die hohen Zuverlässigkeitsanforderungen in der Raumfahrt erfüllt und höchste Leistungsfähigkeit ermöglicht."

Mehr zu Dr. Felix Biertümpfel und dem Marie-Curie-Fellowship:

Felix Biertümpfel arbeitet seit Anfang 2021 an der Professur für Flugmechanik und Flugregelung der TU Dresden und leitet dort die Regelungstechnikgruppe. Vor seiner Tätigkeit an der TU Dresden promovierte er in England an der University of Nottingham mit Fokus auf robuste Regelung von Weltraumträgerraketen in Kooperation mit der ESA. Sein Interesse an komplexen Weltraummissionen und den zugehörigen Regelungsproblemen ist seit seiner Zeit in Dresden stetig gewachsen, nicht zuletzt durch die Mitarbeit an mehreren erfolgreichen ESA-Projekten. Die in diesen Projekten gewonnene Erfahrung sowie die Unterstützung von Prof. Harald Pfifer (TU Dresden), Prof. Peter Seiler (University of Michigan) und Prof. Paulo Lozano (MIT) ermöglichten die erfolgreiche Förderung von REDECORATE im Rahmen eines der weltweit renommiertesten Individual-Förderprogramme für Nachwuchswissenschaftler:innen.

Weitere Informationen:

REcommissioning and DEorbiting using Cubesat swarms with electrO spRAy ThrusTErs | REDECORATE | Project | Fact sheet | HORIZON | CORDIS | European Commission (europa.eu)

Kontakt: 

Dr. Felix Biertümpfel
Professur für Flugmechanik und Flugregelung
TU Dresden
Tel.: 0351 463-38197
E-Mail: