Der Sternenhimmel hilft Seefahrern schon seit Jahrtausenden
sich auf dem Meer zurechtzufinden. Dank einer raffinierten
Softwareentwicklung eines Bremer Doktoranden können nun auch Satelliten
den Sternenhimmel zur Orientierung im Raum nutzen. Das nötige Programm
ist winzig: Es benötigt noch nicht einmal 256 Kilobyte - inklusive Betriebssystem.
Hinter der Doktorarbeit des Bremer Wissenschaftlers
Hartmut Renken mit dem recht sperrigen Titel "Ein Verfahren der bildbearbeitenden Erkennung von
unbekannten Sternmustern zur autonomen und 3axialen Lagebestimmung
von Raumflugkörpern" verbirgt sich ein interessantes Problem: Wie kann man
mit Hilfe der Sternenkonstellation die Ausrichtung eines Satelliten im All
bestimmen, wie geht der Computer mit ihm noch unbekannten Sternen um und
wie zuverlässig sind die Ergebnisse?
Renken, der auf die Ergebnisse einer früheren und während der Satellitenmission
Bremsat vor
wenigen Jahren erfolgreich getesteten Arbeit zurückgreifen konnte, löste
das Problem recht elegant: Am Ende seiner Doktorarbeit konnte der
Wissenschafter ein schnelles Verfahren zur Sternmustererkennung
präsentieren, das er bereits vollständig als Softwareprototyp
realisiert hat. Anhand realer Himmelsaufnahmen und durch Simulation einer
weltraumtauglichen Kamera konnte er zeigen, dass eine eindeutige Erkennung von
unbekannten Sternmustern mit einer Erfolgsquote von bis zu 99,7 % möglich
ist. Kombiniert man dieses Verfahren mit einer geeigneten Sternenkamera erhält
man ein System, das die vollständige Bestimmung der Lage des
Satelliten zulässt. Man muss dem System also nur ein Bild präsentieren
und die Software liefert die komplette Lageinformation.
Dabei geht das System folgendermaßen vor: Mit einer spezielle Sternenkamera
wird ein Bild des Sternenhimmels gemacht, das von einer raffinierten
Software ausgewertet wird. Die Software vergleicht alle Winkelabstände eines Sternmusters auf der Bildvorlage mit den
Winkelabständen von Sternen aus einem gespeicherten Sternenkatalog aus
4480 Sternen - in etwa sind das so viele Sterne, wie der Mensch mit dem
bloßen Auge sehen kann. Das alles geschieht in Bruchteilen einer Sekunde,
wobei durch die Software auch noch Störungen durch Sonne und Mond sowie
Mehrdeutigkeiten abgefangen werden.
Damit das clevere System überhaupt auf einem Satelliten zum Einsatz
kommen kann, musste Renken noch eine weitere Anforderung erfüllen: Da die Bordrechner von
Satelliten mit einer begrenzter Energie auskommen müssen sind sie mit nur sehr
wenig stromverbrauchenden Speicher ausgerüstet. Renkens
"Sternsensor" dürfte daran allerdings kaum scheitern: Er
benötigt weniger als 256 Kilobyte an Speicherplatz. Darin
sind sogar die notwendige Betriebssystemumgebung und der Speicher für
die Bilddaten und die Koordinaten der Sternendatenbank enthalten.
