Forschern ist es erstmals gelungen, einen umlaufenden Satelliten mithilfe künstlicher Intelligenz autonom neu auszurichten. Diese Errungenschaft, ein bedeutender Schritt hin zu völlig unabhängigen Weltraumoperationen, könnte die Sicherheit, Effizienz und Kosteneffizienz von Satellitenmissionen erheblich verbessern.
Die Herausforderung der Satellitenorientierung
Satelliten im Orbit sind der unerbittlichen Anziehungskraft der Erdschwerkraft und der Dynamik ihres ersten Einsatzes ausgesetzt. Während die Schwerkraft sie am Kreisen hält, ist eine genaue Kontrolle ihrer Haltung – ihrer Ausrichtung im Raum – unerlässlich. Diese Steuerung bestimmt die Richtung der Instrumente, verwaltet die thermische Sonneneinstrahlung und ermöglicht eine Neupositionierung für optimale Leistung. Traditionell wurden Haltungsanpassungen von menschlichen Bedienern oder vorprogrammierten Softwareroutinen verwaltet. Beide Methoden sind zeitaufwändig, teuer und durch ihre Unfähigkeit, sich an unvorhergesehene Umstände anzupassen, eingeschränkt.
LeLaR: Der Durchbruch von JMU
Forscher der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Deutschland haben ein KI-System entwickelt und demonstriert, das in der Lage ist, die Fluglage eines Satelliten ohne menschliches Eingreifen autonom zu steuern. Das Projekt mit dem Namen „In-Orbit Demonstrator for Learning Attitude Control“ (LeLaR) nutzt Deep Reinforcement Learning – eine Art maschinelles Lernen –, um der Flugsteuerungssoftware des Satelliten beizubringen, wie sie seine Ausrichtung bei Bedarf anpassen kann.
Dieser Ansatz reduziert die Entwicklungszeit und -kosten im Vergleich zu herkömmlichen Methoden drastisch. Anstatt Monate oder Jahre damit zu verbringen, jedes mögliche Szenario akribisch zu programmieren, lernt die KI, ihr eigenes Verhalten in Echtzeit anzupassen und zu optimieren.
So funktionierte der Test
Das JMU-Team trainierte das KI-Modell zunächst in einem High-Fidelity-Simulator. Dann haben sie es auf den Flugcontroller des InnoCube-Nanosatelliten hochgeladen, der sich derzeit in einer erdnahen Umlaufbahn befindet. Während eines Tests am 30. Oktober passte der Satellit seine Fluglage mithilfe mechanischer, von der KI gesteuerter Reaktionsräder erfolgreich an eine Zielausrichtung an. Das Team wiederholte den Test bei nachfolgenden Durchläufen und bestätigte damit die Zuverlässigkeit des Systems.
„Dieser erfolgreiche Test markiert einen großen Fortschritt in der Entwicklung zukünftiger Satellitenkontrollsysteme“, sagte Tom Baumann, ein an dem Projekt beteiligter wissenschaftlicher Mitarbeiter der JMU. „Es zeigt, dass KI nicht nur in der Simulation funktionieren kann, sondern auch unter realen Bedingungen präzise, autonome Manöver ausführen kann.“
Der breitere Trend: KI in der Weltraumautomatisierung
Während LeLaR das erste Mal ist, dass ein Satellit seine eigene Ausrichtung im Orbit kontrolliert, ist es Teil eines wachsenden Trends zur KI-gestützten Automatisierung im Weltraum. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA hat KI eingesetzt, um Satellitenkameras dynamisch anzuvisieren und so der Wolkendecke auszuweichen. Das U.S. Naval Research Laboratory entwickelt Autosat, ein System, das es Satelliten ermöglicht, ihre Signale autonom zu kalibrieren und Daten zu übertragen. Forscher der University of California, Davis und Proteus Space bereiten einen Satelliten vor, der seinen eigenen Gesundheitszustand überwachen kann, wodurch Ingenieure für andere Aufgaben entlastet werden.
Was das für die Zukunft bedeutet
Die LeLaR-Demonstration ebnet den Weg für eine einfachere und effizientere Satellitenentwicklung, senkt die Kosten und beschleunigt den Einsatz. Professor Sergio Montenegro, Teammitglied an der JMU, betonte die Bedeutung des Durchbruchs: „Es ist ein großer Schritt in Richtung völliger Autonomie im Weltraum. Wir stehen am Anfang einer neuen Klasse von Satellitenkontrollsystemen: intelligent, anpassungsfähig und selbstlernend.“
Dieser Fortschritt signalisiert einen Wandel hin zu unabhängigeren und widerstandsfähigeren Weltraumoperationen, bei denen Satelliten sich an veränderte Bedingungen anpassen und komplexe Aufgaben ohne ständige menschliche Aufsicht ausführen können. Die Ära völlig autonomer Satelliten ist keine ferne Zukunft mehr; es wird schnell zur Realität
