Nachwuchsaktivitäten an der Technischen Universität Berlin
Das Fachgebiet Raumfahrttechnik der Technischen Universität Berlin bietet Studierenden viele Möglichkeiten, praktische Erfahrungen zu sammeln. Die Themengebiete umfassen Missionsplanung, Subsystem- und Systemdesign, Beschaffung und Fertigung von Komponenten sowie deren Zusammenbau. Auch das Integrieren, Testen und Betreiben von Raumfahrtsystemen gehören zum Angebot. Die Nachwuchsaktivitäten beinhalten dabei Mikrogravitationsprojekte, Forschungsraketen, autonome Rover sowie Kleinsatelliten.
Bild: TU Berlin
TUPEX – Technische Universität Berlin Picosatellite EXperiment
TUPEX besteht aus einer Reihe von Studierendenprojekten der TU Berlin, die im Rahmen des REXUS-Programms (Rocket EXperiments for University Students) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt werden. REXUS bietet Studierenden die Möglichkeit, wissenschaftliche und technische Experimente mithilfe einer Höhenforschungsrakete unter weltraumähnlichen Bedingungen durchzuführen. Dabei nehmen die Studierenden von der Definition der Missionsidee, über die Planung und den Entwurf bis hin zur Verifikations- und Startkampagne am gesamten Projektablauf teil und können so erste Projekterfahrungen sammeln.
Dazu entwickeln die Studierenden der TU Berlin einen Cubesat mit einer Kantenlänge von circa zehn Zentimetern (1U), der aus einem ebenfalls selbst entwickelten REXUS-Raketenmodul ausgeworfen wird. Auch alle Subsysteme und Nutzlasten gestalten sie selbst. Der Fokus liegt insbesondere auf der Weiterentwicklung des Satellitenbusses und der Miniaturisierung und Erprobung von Raumfahrttechnologien in der Mikrogravitation. Bei dem Projekt werden die Studierenden von wissenschaftlichen Mitarbeitern unterstützt und können auf die vorhandenen Ressourcen der Universität wie Werkzeuge, Labore und Testgeräte zurückgreifen.
Derzeit steht das Projekt TUPEX-7 kurz vor der Startkampagne, die im Esrange Space Center in Kiruna, Schweden, stattfinden wird. Missionsziele des Projekts sind neben der Verbesserung des Satellitenbusses die Technologiedemonstration von pico-fluiddynamischen Aktuatoren, die der Lageregelung und -kontrolle dienen, und hochintegrierten Seitenpanelen, die zu einer effizienten Nutzung des Volumens von Kleinstsatelliten beitragen sollen.
Das Nachfolgeprojekt TUPEX-8 befindet sich derzeit in der Entwurfsphase und legt das Hauptaugenmerk neben der Entwicklung des Busses auf die Weltraumerprobung der Kommunikationstechnologie LoRa (Long Range). Diese basiert auf einem Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll und zeichnet sich insbesondere durch einen sehr geringen Energieverbrauch bei hoher Reichweite aus. Das Netzwerkprotokoll läuft außerdem über ein lizenzfreies Frequenzband und ist frei verfügbar.
DGLR-Nachwuchsgruppe DECAN-AQUARIUS
Die Studierendenvereinigung DECANAQUARIUS an der TU Berlin hat es sich zum Ziel gesetzt, studentische Forschungsraketen zu entwickeln und zu starten. Dabei wird sie als Nachwuchsgruppe auch von der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (DGLR) unterstützt. Momentan arbeitet das Team in enger Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Raumfahrttechnik an einer zweistufigen Höhenrakete, die im höchsten Punkt ihrer Flugbahn eine CanSat-Nutzlast aussetzen soll. Die Unterstufe dieser Rakete nutzt einen umweltfreundlichen Heißwassermotor, während die Oberstufe auf einen leistungsfähigen Feststoffantrieb zurückgreift. Die beiden Stufen wurden in Einzelstarts teilqualifiziert, die Gipfelhöhe der zweistufigen Rakete soll circa sieben Kilometer betragen.
Seit dem letzten Start der Unterstufe im März 2017 umfassen die aktuellen Arbeiten die Verbesserung des Bergungssystems und der Telemetrie der Rakete. Im Rahmen einer Zugtestkampagne haben die Studierenden die Verbindung zwischen dem Fallschirm und der Rakete optimiert. Außerdem wurde die Effizienz der Telemetrie, also die Datenübertragung von der Rakete zum Boden, durch ein verbessertes Design erhöht. Momentan befindet sich die Rakete in den letzten Phasen der Integration und Testung.
Darüber hinaus entwickelt das Team einen Teststand zur Schubanalyse und -optimierung der Heißwasserunterstufe, der einen Beitrag zur grundlegenden Erforschung dieser Antriebstechnologie leisten soll. Die generierten Daten sollen dabei helfen, eine Leistungsoptimierung der Unterstufe durchzuführen. Bislang konnte die Dichtheit des Testaufbaus in zahlreichen Qualifikationstests nachgewiesen und ein erster Fit-Check in der Test-Facility erfolgreich durchgeführt werden.
Space Rover Projekte – planetare Rover für Forschung und Lehre
Die Space Rover Projekte der TU Berlin befassen sich mit der Entwicklung von auf der Erde einsetzbaren Modellen planetarer Roboter für die Forschung und Ausbildung auf dem Gebiet voll- und teilautonomer planetarer Rover für komplexe Missionsszenarien. Die Projekte bestehen vornehmlich aus den Projekten SEAR (Small Exploration Assistant Rover), SEAR-2 und BEAR (Berlin Exploration Assistant Rover). Die Rover sind fester Bestandteil der Lehre des Fachgebiets. Studierende aus verschiedenen Studiengängen können die begleitenden Lehrmodule in ihr Studium integrieren. So entstehen interdisziplinäre Teams, in denen sie sich mit Angehörigen anderer Fachrichtungen austauschen können.
Die Rover verfügen je nach Einsatzszenario über verschiedene Subsysteme und Fähigkeiten. Dabei schöpfen sie aus einer übergreifenden Systemarchitektur, die es ihnen ermöglicht, autonom ein Gelände zu navigieren und zu erkunden. Zusätzlich werden sie abhängig vom Einsatz mit Sensoren, Roboterarmen, Greifern und kleinen Laboren ausgestattet, um Interaktionen mit ihrer Umgebung und Experimente durchzuführen.
Ein wichtiger Aspekt der Projekte ist die Ausrichtung auf robotische Wettbewerbe wie den DLR SpaceBot Cup und die European Rover Challenge. Seit der Teilnahme am SpaceBot Cup 2013, aus dem der Rover SEAR hervorging, dienen Wettbewerbe als Rahmen für die Arbeiten im Projekt. Durch sie kann ein System für ein klar definiertes Einsatzszenario in einem zeitlich festgelegten Rahmen entwickelt werden. Die Studierenden lernen hierbei nicht nur das gesamte Spektrum eines technischen Entwicklungszyklus von der Idee bis zur Integration mit Tests kennen, sondern kommen auch mit allen Aspekten des Projektmanagements in Berührung.
Projektwerkstatt SatOps
Mit 21 erfolgreichen Satellitenstarts, von denen Anfang 2020 noch 13 Satelliten aktiv betrieben werden können, gehört die TU Berlin zu den Universitäten mit den größten eigenen Satellitenflotten weltweit. Die jeweils neusten Satelliten der TU werden üblicherweise prioritär betrieben. Die Projektwerkstatt SatOps ist eine neue Lehrveranstaltung, die aus der Idee hervorging, die älteren Satelliten intensiver in die praktische Ausbildung von Studierenden einzubinden und damit nachhaltiger zu betreiben. Projektwerkstätten (PW) sind ein spezielles Programm der TU Berlin, das innovative Lehrkonzepte und Projekte mit Nachhaltigkeitsbezug fördert. Kernpunkt ist, dass die Lehre hauptsächlich durch studentische Tutoren durchgeführt wird, die vom jeweiligen Fachgebiet betreut werden.
Das Lehrangebot von SatOps besteht aus zwei Teilen: Der „Grundkurs Satellitenbetrieb“ ist eine Art Satellitenfahrschule. Hier wird benötigtes, theoretisches Hintergrundwissen in Vorlesungen vermittelt. Den innovativen Teil macht die praktische Ausbildung der Studierenden an den Betriebsprogrammen der TU-Satelliten im universitätseigenen Missionskontrollzentrum aus. In der aufbauenden Projektarbeit wird das Erlernte direkt angewandt und mit den Satelliten im Orbit gearbeitet.
Das Wintersemester 2019/2020 markierte den Start der Projektwerkstatt. Die erste geplante Projektphase fiel jedoch genau in den Zeitraum des Beginns der CoronaPandemie. Das Team aus elf Studierenden und den zwei betreuenden Tutoren arbeitete daher zwischen März und April 2020 von zu Hause aus an unterschiedlichen Arbeitspaketen. Auch unter diesen erschwerten Bedingungen konnten bemerkenswerte Ergebnisse erzielt werden. So wurden die Satelliten BEESAT-2 (Start 2013), -4 (2016) und -9 (2019) erfolgreich betrieben, Bild- und Telemetriedaten gesammelt und ausgewertet.
Die Autorin und Autoren
Robert Lippmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Lehrassistent am Fachgebiet Raumfahrttechnik. Er leitet das DECAN-Raketenentwicklungsprojekt und betreut Lehrveranstaltungen zu diesem Thema.
Nicole Gress studiert im Master Wirtschaftsingenieurwesen und wirkt beim Projekt TUPEX-8 als Teil des Projektmanagements mit.
Lennart Kryza ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Lehrassistent am Fachgebiet Raumfahrttechnik. Er leitet die Arbeitsgruppe Weltraumrobotik zu denen die Space Rover Projects gehören und betreut Lehrveranstaltungen zu dem Thema.
Tony Erdmann studiert im Master Luftund Raumfahrttechnik und betreut als Tutor die Projektwerkstatt SatOps an der TU Berlin. Dr. Harry Adirim unterstützt im Rahmen der Arbeiten des DGLR-Raumfahrtfachausschusses R1.3 „Antriebe“ die Nachwuchsaktivitäten an der TU Berlin.