Vom Drohnenflug bis zur Höhenrakete

An einem 5 m langen Seil unter einer großen Drohne schwebt ein 50 cm langes Kunststoffrohr und schwingt sanft im Wind über dem Fußballplatz des ESTEC. Es ist ein sehr heißer Tag, und das Testteam sucht Schutz im Schatten eines Sonnenschirms, die gesamte Ausrüstung bleibt in der Nähe, um eine Überhitzung zu verhindern.

ESA-Ingenieur Giovanni Serafini bringt die Drohne auf 120 m und lässt sie dann in einem rasanten Sinkflug herunter, bis die Nutzlast nur noch 3 m über dem Spielfeld schwebt. Weitere Manöver führen die Drohne von einer Seite des Spielfelds zur anderen.

Warum das Ganze? Das Team testet eine clevere Erfindung von Studierenden der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland.

Studierende an der Spitze

„Wir sind hier, um einen Radar-Retroreflektor zu testen, den wir für einen vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) organisierten Wettbewerb entwickelt haben“, erklärt Daria Tsukanova vom Universitätsteam.

„Ein Retroreflektor ist eine passive Struktur, in diesem Fall ein 28 cm langes Metallrohr mit Hohlräumen, das Signale zurück zur Quelle reflektieren soll. Dadurch lässt sich ein Objekt leichter erkennen und verfolgen, ohne dass aktive Elektronik oder Sender an Bord erforderlich sind.“

Solche Vorrichtungen können die Radarsichtbarkeit kleiner Luftfahrzeuge wie Drohnen oder Höhenforschungsraketen verbessern, die Experimente bis an den Rand des Weltraums starten, bevor sie wieder auf die Erde zurückkommen. Für diesen Test befestigten die Studierenden ihren Reflektor an einem längeren Kunststoffrohr, das eine Rakete simulierte.

Radarsysteme basieren heute darauf, dass Raketen aus Metall bestehen und daher stark reflektieren. Doch bei bestimmten Blickwinkeln erkennt das Radar die Raketen nicht mehr. Der Reflektor des Studententeams erweitert diese Grenzen und hält Raketen oder andere Objekte länger im Sichtfeld des Radars.

Kostengünstig und effektiv

„Das Besondere an dieser Technologie ist, dass sie sehr kostengünstig ist. Der Reflektor selbst ist passiv und wir stellen ihn mittels 3D-Druck und Laserschneiden her“, fügt Stephan Hauptmeier vom Universitätsteam hinzu.

„Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass wir zur Erkennung eine in der Automobilindustrie bewährte Radartechnologie nutzen können – dieselbe, die auch in Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz kommt und beispielsweise dafür sorgt, dass ein Auto automatisch bremst, wenn ein Hindernis erkannt wird. Das bedeutet, dass kein spezielles Radar in „Weltraumqualität“ erforderlich ist.“

„Dies war eine einzigartige Gelegenheit, Hardware zu nutzen, die zuvor im Rahmen des „Technology Development Element“-Programms der ESA für Planeten- und Missionen in der Umlaufbahn auf der Grundlage von Automobil-Radartechnologie entwickelt wurde“, sagt Václav Valenta, Mikrowellen-Ingenieur bei der ESA. „Indem wir den Studierenden einen dieser Prototypen zur Verfügung stellen, ermöglichen wir ihnen, praktische Erfahrungen mit echter Radartechnologie zu sammeln und zu erforschen, wie solche Systeme für spezifische Anwendungen konfiguriert und optimiert werden können.“

Vom Wettbewerb zum ESA-unterstützten Start

An einem Nachmittag prüfte das Team die Funktionsfähigkeit des Retroreflektors. Danach soll der nächste Schritt folgen: der Start an Bord einer Höhenrakete bis zu 1 km über einem Feld in Brünn, Tschechien. Dieser Start ist für einen späteren Zeitpunkt in diesem Sommer geplant.

„Dieses Projekt zeigt, wie studentische Initiativen über den Wettbewerbsrahmen hinauswachsen können“, kommentiert Karol Masztalerz, ESA Graduate Trainee.

„Was als universitäre Herausforderung begann, hat sich zu einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA, zwei europäischen Universitäten – der Ruhr-Universität Bochum in Deutschland und dem Imperial College London im Vereinigten Königreich –, Industriepartnern und der Tschechischen Gesellschaft für Raketen entwickelt, die ihre neue Sherpa-Rakete für die nächste Testrunde zur Verfügung stellt.“

Erklärung zur Zusammenarbeit

Die Jury kürte dieses Projekt zum Gewinner eines Wettbewerbs des International Microwave Symposium (IMS),  organisiert vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) und geleitet von Václav Valenta (ESA) und Markus Gardill (Technische Universität Brandenburg Cottbus-Senftenberg). Sie hatten den Wettbewerb als Vorsitz des Technischen Ausschusses für Mikrowellen-Luft- und Raumfahrtsysteme (TC-29) der IEEE Microwave Theory and Techniques Society organisiert.

Die für die Tests verwendete Radareinheit ging zuerst an das Imperial College London, wo das Team um Václav Pavlíček sowohl die Systemkonfiguration als auch die Betriebsparameter an die neuen terrestrischen Anwendungsfälle anpasste.