FHNW-Forschende waren massgeblich an der Realisierung des neuartigen Satelliten SMILE beteiligt. In diesen Tagen wird er gestartet. Über die Gründe, warum SMILE viel mit dem einwandfreien Funktionieren unserer GPS-Navigation zu tun hat.
Video: European Space Agency - ESA
Am Centre Spatial Guyanais, dem europäischen Weltraumhafen in Französisch-Guayana (Südamerika), sind alle bereit. Das 2,3 Tonnen schwere Raumfahrzeug SMILE, davon 1,6 Tonnen Treibstoff, wird im Zeitfenster vom 8. April bis 7. Mai 2026 gestartet. Es wird in einen elliptischen Orbit gebracht, in dem SMILE die Erde in rund 48 Stunden umrundet.
Wenn die Trägerrakete zündet, haben die beteiligten Forschenden der Hochschule für Informatik FHNW und der Hochschule für Technik und Umwelt FHNW viel Grund zum Feiern. FHNW-Projektleiter und Astrophysiker Prof. Dr. Säm Krucker (Hochschule für Informatik FHNW) erlebt in seiner Karriere schon den vierten Start. Routine ist es aber keine.
Bild: European Space Agency – ESA (CC BY-SA 3.0 IGO)
SMILE steht für «Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer» und ist eine Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS).
Das Ziel der Mission ist, das Weltraumwetter besser zu verstehen, um präzisere Voraussagen machen zu können. Das Wetter im All wird bestimmt durch Sonnenwinde und sogar Sonnenstürme, die das Erdmagnetfeld, also die Schutzhülle um die Erde, dynamisch verändern können. Dies wiederum kann satellitengestützte Infrastruktur wie GPS beeinträchtigen. «Sonnenstürme können GPS-Signale stören und zu Störungen in unserer Stromversorgung führen. Um die Physik des Weltraums besser zu verstehen, wurde die Mission SMILE lanciert», erklärt Säm Krucker die Relevanz der Mission.
Zwar untersuchten auch in der Vergangenheit Raumsonden die Auswirkungen des Sonnenwinds auf den magnetischen Schutzschild der Erde, aber immer nur in Ausschnitten. Punktmessungen lieferten Einblicke in das Geschehen an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt. Es war ein Mosaik ohne Gesamtbild.
Bild: European Space Agency – ESA
FHNW-Expertise im anspruchsvollsten Teleskop der Mission
SMILE kann es besser: Dank seiner Positionierung weit weg von der Erde und den besonderen «Augen» hat SMILE den Überblick über das Weltraumwetter. SMILE wird erstmals Aufnahmen liefern, welche die Verformung des Erdmagnetfelds durch Sonnenstürme zeigen.
SXI ist eine Weltraumkamera, die mithilfe von Weitwinkel-Messsystemen den magnetischen Schutzschild der Erde in Röntgenbildern abbildet. Die Herausforderung, so Säm Krucker, war die Gewinnung wissenschaftlich verwertbarer Daten. Er beschreibt das Problem in einfachen Worten: «Das Teleskop sieht viel, aber nicht scharf, und alles vor einem hellen Hintergrund.»
Die Aufgabe Säm Kruckers und des Teams an der Hochschule für Informatik FHNW besteht darin, die Qualität der Bilder zu optimieren. Es hat sich herausgestellt, dass bei der SXI-Kamera traditionelle Bildaufbereitungsmethoden nicht genügen. Deshalb kommen neue, innovative Ansätze zum Zug: KI und Neue Deep-Learning-basierte Algorithmen. Diese machen die entscheidenden Strukturen sichtbar. Diese Expertise wurde in mehreren Space-Projekten über die letzten zwanzig Jahre verfeinert, unter anderem beim Röntgenteleskop STIX, das auf der ESA-Sonde Solar Orbiter seit fünf Jahren einwandfrei funktioniert.
Bild: Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
Kühlen, kühlen, kühlen
Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt an der FHNW betraf das Kühlsystem des SXI-Röntgenteleskops unter der Leitung von Prof. Dr. Hans-Peter Gröbelbauer (Hochschule für Technik und Umwelt FHNW).
Zentraler Teil dieses Kühlsystems ist ein unscheinbar wirkendes, rechteckiges Panel von etwa 30 x 40 Zentimetern Grösse. Dieser sogenannte Radiator verrichtet indes Schwerstarbeit. Er ist auf der sonnenabgewandten Seite des Teleskops montiert und zeigt in Richtung des kalten Weltraums. Der Radiator kann daher effizient Wärme abführen und ist mit Kupferleitungen mit den Detektoren verbunden, also den Komponenten, die die gesammelten Röntgenstrahlen in auswertbare Signale übersetzen. «Damit SXI einwandfrei funktioniert, muss der Radiator die beiden Detektoren über den ganzen Orbit zuverlässig auf ihre ideale Betriebstemperatur von -110°C kühlen», erläutert Gröbelbauer.
Bild: Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
Bei der Entwicklung des Radiators in Leichtbauweise, der nicht nur projektspezifische thermische und mechanische Anforderungen, sondern auch die allgemeinen europäischen Raumfahrtnormen erfüllen muss, konnte Gröbelbauer auf eine umfangreiche Erfahrung aus früheren Missionen zurückgreifen. Dieses Fachwissen ist auch in zwei der bedeutendsten ESA-Projekte der nahen Zukunft gefragt: Envision zur Exploration der Venus, sowie ARRAKIHS, wo es um die Erforschung dunkler Materie sowie die Entstehung von Galaxien im kleinen Massstab geht.
SMILE im Detail
Studierende und Doktorierende als Teil des Teams
Bei Raumfahrt-Projekten vergeben die Hochschule für Informatik FHNW und die Hochschule für Technik und Umwelt FHNW regelmässig Themen für Bachelor- und Masterarbeiten. Der Bereich KI wird in Zukunft Studierenden Gelegenheiten bieten, mit den neuen Daten zu arbeiten, sobald diese erhältlich sind.
Florian Wirz war einer von insgesamt neun Master-Studierenden im Hardware-Bereich des Projekts SMILE. Der Maschinenbauingenieur arbeitete drei Jahre lang an Berechnungen, Konstruktion und Tests des Radiators. Die Tests – in den eigenen Labors der Hochschule für Technik und Umwelt FHNW durchgeführt – simulieren die extremen Vibrationen beim Start und die Schocklasten beim Absprengen von Antriebsstufen.
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Prof. Dr. André Csillaghy
Leiter Institut für Data Science FHNW
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Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW
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