CubeSat: Linux und der RasPi in der Weltraumforschung

Auf zum CubeSat-Workshop

Falls Sie sich für die weitere Entwicklung von Open-Source-Satellitentechnik interessieren, bietet sich demnächst eine erstklassige Gelegenheit, sich über den aktuellen Stand der Entwicklung zu informieren und Einblick in kommende Projekte zu erhalten. Am 26. und 27. Mai 2015 findet in South Kensington, London, der 4. Interplanetary CubeSat Workshop (iCubeSat) statt [16]. Schauen Sie doch einfach mal vorbei! 

Interview: CubeSats am College

Um einen tieferen Einblick in die Möglichkeiten von CubeSats für Forschung und Lehre zu erhalten, sprachen wir mit Professor Patrick Stakem über CubeSats und verwandte Projekte, die die Schüler am Capitol College von Laurel [17] im US-Bundesstaat Maryland entwickeln. Professor Stakem hat bereits das FlightLinux-Projekt [18] für das Goddard Space Flight Center der NASA betreut.

Raspberry Pi Geek: Wie kam das Capitol College dazu, sich mit CubeSats zu beschäftigen?

Patrick Stakem: Eigentlich fing alles ganz harmlos an, mit kleinen ferngesteuerten Autos, Booten und Quadcoptern als Träger für Sensorlasten. Lässt man die mit einer per WLAN angebundenen Webcam über eine simulierte Marslandschaft sausen, bringt man die Schüler viel leichter dazu, sich mit den entsprechenden technischen Hintergründen zu beschäftigen. Noch mehr Begeisterung wecken natürlich Projekte mit hochfliegenden Ballons oder gar Raketen. So lernen die Schüler auf spielerische Weise die Probleme kennen, denen man in größeren Projekten begegnet, und können sich mit der Auswertung von Messdaten aus realen Situationen vertraut machen.

Den Dozenten geben solche Projekte die Möglichkeit, ohne Druck wissenschaftliche Methoden und Ingenieurspraktiken zu vermitteln. Die Lernkurve bleibt dabei relativ flach; von einfachen Vehikeln aus dem Spielzeugregal geht es nahtlos weiter zu Quadcoptern und Ballons und schließlich zu CubeSats. Mit der wachsenden Komplexität lernen die Schüler außerdem, in Teams zusammenzuarbeiten, um kompliziertere Projekte abzuwickeln, mit denen ein Einzelner überfordert wäre.

RPG: Fällt das nun unter Spiel und Spaß oder unter Wissenschaft?

PS: Eindeutig Letzteres. Ballons steigen zu lassen oder Raketen abzuschießen macht zweifellos Spaß, aber davor steht die Definition eines klaren wissenschaftlichen Zwecks, das Zusammenstellen eines entsprechenden Sensoren- und Kontrollpakets und die Planung der eigentlichen Mission. Im Anschluss gilt es, die erfassten Daten aufzubereiten und auszuwerten. Auf diesem Weg lernen die Schüler viel über Hardware, Software-Entwicklung, das Anbinden von Sensoren und die Datenerfassung.

Das alles ist nur möglich, weil dazu heute – anders als noch vor wenigen Jahren – preiswerte und weitgehend offene Hard- und Software zur Verfügung steht. Dazu zählen insbesondere billige, mit minimalem Stromverbrauch laufende Rechner wie der Raspberry Pi, aber auch immer leistungsfähigere, aber einfach anzusprechende Sensoren und Aktuatoren, plus GPS und praktisch überall verfügbarer drahtloser Kommunikation.

RPG: Und wo geht die Reise künftig hin?

PS: Der neueste Ansatz heißt Cloud Robotics und bezeichnet das Ausnutzen der praktisch allgegenwärtigen Dateninfrastrukturen, also WLAN und Mobilfunknetze, für mobile Roboter. Das Zusammenlaufen der verschiedenen Schlüsseltechnologien bei gleichzeitig sinkenden Kosten für leistungsfähige Systeme hat dazu geführt, dass sich heute jedermann mit solchen Systemen beschäftigen kann. Ein Bastler darf sich heute berechtigte Hoffnungen machen, seinen selbst entwickelten CubeSat auch in den Orbit befördert zu bekommen. Weitere Chancen für Forschung und Lehre bieten Projekte wie die DARPA Robotics Challenge oder der Google Lunar X-Prize. Um da teilzunehmen, können beispielsweise studentische Teams über verschiedene Kontinente hinweg per Internet zusammenarbeiten.

Ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet stellen solarbetriebene Ballons, Prallluftschiffe und Flugzeuge dar, die als Atmosats in Höhen von 25 000 Metern oder mehr für Wochen, Monate oder gar Jahre operieren. Atmosphären- und Wetterforschung, Waldbranderkennung, Kartierung und Geodaten-Sammlung sind nur einige der Stichworte zu diesem Umfeld. GPS erlaubt in jedem Fall eine präzise Navigation, die Kommunikation läuft bei hoch fliegenden Einheiten via Satellit ab, bei niedrig fliegenden über das Mobildatennetz. Es muss aber nicht zwangsläufig hoch hinaus gehen: Bei der Meeresforschung kommen beispielsweise zunehmend "smarte" Bojen zum Einsatz, mit Sensoren, die Daten wie Wassertemperatur oder Salzgehalt erfassen.

RPG: Vielen Dank für das Gespräch, Professor Stakem!

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