Ausgefahren sieht sie aus wie ein riesiges "Slinky". Das kultige Spiral-Spielzeug aus den 70er-Jahren lief mit einem einzigen Schubs jede Treppe Stufe für Stufe hinunter. Die neuartige Helix-Antenne made in Bremen indes steigt hoch hinauf, genauer gesagt ins All, und kann ganz andere Kunststücke. Als Teil des neuen AISat-1-Satelliten erfasst sie Schiffssignale auf stark befahrenen Routen viel ­exakter, als die bisherige Technik es vermag.

Die Vorteile sind bestechend: Endlich können maritime Organisationen Schiffe auf hoher See vor drohenden Kollisionen warnen. Es ist möglich, von Piraten gekaperte Frachter schneller aufzuspüren oder Umweltsündern auf die Spur zu kommen. Internationale Organisationen könnten Fanggebiete auf den Meeren überwachen, Fischereirechte kontrollieren und Schiffsrouten optimieren. Gar Schiffbrüchige könnten schneller gerettet werden, denn auch die schwach sendenden Signale von Rettungsbojen empfängt der sensible Satellit.

Ende Mai 2014 soll der Trabant mit sperrigen Namen ­AISat-1 (benannt nach dem von Schiffen genutzten automatischen Identifikationssystem AIS) auf große Weltraumreise gehen. Mehrmals wurde sein Start an Bord einer indischen Trägerrakete verschoben. Mal hatte eine Marssonde Vorfahrt, mal war es ein Telekommunikationssatellit. Erst wenn ihr "Baby" seine Bahnen um die Erde zieht, werden Projektleiter Jörg Behrens und die Raumfahrtingenieure im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erleichtert aufatmen.

Auge im All Test bestanden: Bei einem Parabelflug im Airbus A380 entfaltet sich die Helix-Antenne vorbildlich. (© 2015 Eva Haeberle)

 

Das Frachtaufkommen auf See hat sich dramatisch erhöht

Am Projekt hängt viel: Rund sechs Jahre Forscherarbeit liegen hinter den Bremer Wissenschaftlern. Die Idee zu ihrem Auge um All reifte mit den Forderungen der Amerikaner nach dem 11. September 2001, die Seewege lückenlos zu überwachen. Denn bislang können Schiffe auf hoher See nicht so gut überwacht werden wie Flugzeuge. Dabei wird es immer voller auf den Weltmeeren. Bereits 90 Prozent des weltweiten Frachtaufkommens werden auf dem Seeweg transportiert. 100 000 Schiffe kreuzen unentwegt auf den Ozeanen.

Nicht alle Frachter und Containerschiffe erreichen aber unbeschadet ihr Ziel: Sie laufen auf Grund, kollidieren, gehen schlimmstenfalls unter oder werden entführt. Alle Schiffe müssen laut internationalen Vorschriften das automatische Identifikationssystem (AIS) an Bord haben. Das Gerät sendet regelmäßig Name, Herkunft, Route und Ziel über UKW-Frequenzen. Die Informationen werden derzeit über große Satelliten im All empfangen. Ihr Manko: Sie haben mit ihren stäbchenförmigen Kupferantennen einen riesigen Sichtkreis von knapp 5 000 Kilometern – viel zu groß, um alle Schiffe und Signale genau zu erfassen.

Auge im All Mehrere Male schon hat Projektleiter Jörg Behrens den Starttermin der Helix verschoben. Nun soll die Reise ins All im Mai beginnen. (© 2015 Eva Haeberle)

 

Bei der Ortung von Schiffen gibt es noch große Schwachstellen.

Jörg BehrensProjektleiter DLR

Die Helix stopft das grobmaschige Funknetz

In dicht befahrenen Gebieten wie in der Deutschen Bucht, entlang der Küsten Norwegens und Nordamerikas, im Mittelmeer, vor Südamerika oder im Südchinesischen Meer sind die Signale der Schiffe häufig überlagert. Die Frequenzen der einzelnen Schiffe gehen im allgemeinen Grundrauschen schlichtweg unter. Der einzelne Frachter lässt sich oft gar nicht mehr orten.

Das soll sich mit dem neuen Satelliten ändern. "Er begrenzt nicht nur das überwachte Gebiet, sondern filtert die empfangenen Signale bereits an Bord, ehe er sie als sinnvoll zu verwertende Daten an die Bodenstationen schickt", sagt Behrens. Ähnlich wie Fluglotsen Flugzeuge auf den Radarschirmen im Blick haben, können Reedereien zum Beispiel ihre Schiffe verfolgen.

Neben der höheren Sicherheit bietet AISat-1 weitere Vorteile: "Bei Schiffen und Frachtern von Asien nach Europa weiß man nicht unbedingt, wo sie unterwegs noch Ladung aufgenommen haben", erklärt Behrens. "Da gibt es Schwachstellen im System. Eine Dokumentation wäre für den Zoll durchaus interessant", meint er.

Auge im All In der Helix-Antenne steckt nur feinste Weltraumtechnik: Die Antenne besteht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und einer Kupfehülle. (© 2015 Eva Haeberle)

Im kommerziellen Einsatz würden die Nutzer ihre eigene Empfangseinheit am Boden erhalten und die Daten nach ihren Anforderungen selbst aufbereiten. Die millionenschwere Weltraumforschung betreiben die DLR-Forscher in einem spacigen Labor im Bremer Technologiepark. Von außen sieht das Gebäude wie die Hülle eines Spaceshuttles mit angekokelten Hitzeschutzkacheln aus.

Im ­Innern staunen Besucher über die schwarzen Wände im Rundgang, die mit winzigen Glasfaserlichtpunkten einen funkelnden Sternenhimmel nachahmen. Durch große Scheiben schaut man den Forschern in den Entwicklungs- und Testlabors über die Schulter. Dort werden etwa Sonnenstrahlung und Tieftemperaturen simuliert, oder es wird die Landung eines kleinen Raumfahrzeugs auf ­einem Planeten mit einem Wurfroboter getestet.


Das Geheimnis der Helix
(© 2014 Eva Haeberle)
Länge: Aufgewickelt misst sie gerade mal eine Handbreite. Einmal im Weltraum angelangt, soll sie sich nach einer bestimmten Zeit eigenständig auf ihre vier Meter Länge und 60 Zentimeter Durchmesser entfalten.

Leistung: Im Weltall richtet sich die Antenne zur Erde aus und kann aus einer Höhe von rund 600 Kilometern ein Gebiet von 750 Kilometern sehr detailliert erfassen.

Eine Treppe führt hinab in den rund 200 Qua­dratmeter großen Reinraum. Das Labor ist komplett staubfrei und exakt 22 Grad warm. Hier wurde der AISat-1 mit neuer Helix-Antenne gebaut. "Eine echte Herausforderung", seufzt Behrens. Denn die Antenne musste sehr leicht und trotzdem stabil sein. Bei Schwerelosigkeit testeten sie diverse Materialien und Formen und kamen schließlich auf die spiralförmige "Slinky". Die Antenne besteht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und einer Kupferhülle und sieht aus wie ein aufgewickeltes, mit Drahtgeflecht überzogenes Seil. Zusammengewickelt misst sie gerade mal eine Handbreite.

Einmal im Weltraum, soll sie sich nach einer bestimmten Zeit automatisch auf ihre vier Meter Länge und 60 Zentimeter Durchmesser entfalten und sich selbstständig zur Erde ausrichten. So erfasst das filigrane Wunderwerk aus 600 Kilometer Abstand ein Seegebiet von 750 Kilometern.

Das "Hirn" des Satelliten steckt unmittelbar hinter der Antenne. An der speziellen Weltraumtechnik bissen sich die Bremer fast die Zähne aus: Vieles musste bei der Entwicklung und der Auswahl der Materialien berücksichtigt und unter Weltraumbedingungen getestet werden. "Einige Materialien gasen im Vakuum aus, aber im All gibt es keine Luftzirkulation, um die Hitze abzutragen", nennt der Forschungsleiter ein Beispiel. Vor ihm stecken die Komponenten wie in einem ordentlichen Schmuckkästchen säuberlich nebeneinander. Auf einer Platine befinden sich zwei Empfänger – zur Sicherheit sind sie doppelt ausgelegt.

Auch die ­Filterbox ist eine Bremer Besonderheit: "Sie funk­tioniert nicht elektronisch, sondern mechanisch mit Schwingkreisen", erklärt Michael Jetzschmann stolz. Sie filtert die empfangenen Signale, die ein kleiner Datensender anschließend bereinigt an die Bodenstation weiterleitet. So können vor allem Schiffe eindeutig identifiziert werden.

Ohne SolarStrom geht nichts

Für den Strom sorgen fünf Solarpaneele, die um das "Schmuckkästchen" herum drapiert sind. "Wir mussten bei der Entwicklung berücksichtigen, dass alles mit sehr wenig Energie läuft. Deshalb schalten sich bestimmte Komponenten selbstständig ab, wenn sie nicht gebraucht werden", erklärt Martin Drobczyk. Das geschieht etwa beim Flug des Satelliten über Land, das ein Drittel der Erdoberfläche ausmacht.

Dabei überwacht ein winziger Computer auf der Platine die Energie, denn es könnte auch zu viel sein: "Solarstürme könnten die Stromaufnahme erheblich erhöhen und die wertvollen Komponenten würden einfach durchschmoren", nennt Falk Nohka eine Gefahr. Ab einem bestimmten Strahlungswert schaltet der Computer automatisch alle Komponenten ab. Die Forscher an der Bodenstation erkennen den Vorfall per Protokoll und können den Satelliten aus der Ferne wieder aus dem Schlaf wecken.

Für alle Fälle haben sie eine identische Kopie des "Hirns" gebaut. Bei Problemen im All können die Forscher auf dem Doppelgänger mögliche Lösungen durchspielen und dem Satelliten neue Befehle schicken. Ohnehin haben sie alle Komponenten ausgiebig getestet, im Simulator erhitzt und abgekühlt, gerüttelt und geschüttelt. Bald soll das Adlerauge Schiffsdaten auffangen, die sie an zwei Bodenstationen im nordkanadischen Inuvik und Bremen weiterschicken. Gebannt werden die Forscher mithorchen, vor allem auf das allererste Si­gnal aus dem All. Das ist für die Mission entscheidend: "Die Helix hat sich entfaltet!"