Lichtblicke in der Satelliten- und Drohnennavigation
Zwei neue Lasersensoren sind in Vorbereitung, mit denen Satelliten präziser navigieren und Drohnen in Gebieten mit Nullsicht länger fliegen können. Die im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INPHOMIR entwickelten Sensoren haben das Potenzial, europäische Weltraummissionen effizienter und kostengünstiger zu machen. Den derzeit in der Weltraumnavigation und in autonomen Systemen verwendeten Sensoren mangelt es bei schlechter Sicht an Präzision, was zu erheblichen – und sehr kostspieligen – Fehlern bei Flugbahn und Positionierung führt. Außerdem verbrauchen sie viel Strom, was die Batterien entleert und die Betriebszeit von Satelliten und Drohnen einschränkt. Hier kommen die zwei kompakten Sensoren von INPHOMIR mit extrem niedrigem Stromverbrauch ins Spiel: ein optisches Gyroskop und ein moduliertes Dauerstrichradargerät (FMCW) im mittleren Infrarotbereich zur Lasererfassung und Entfernungsmessung (LIDAR). Die beiden Sensoren werden es ermöglichen, dass Satelliten mit großer Präzision fliegen und Drohnen länger und weiter fliegen können, was Europas Fähigkeiten in den Bereichen Weltraumnavigation, autonome Systeme und Erdbeobachtung stärkt. „Da wir den Weltraum immer tiefer erforschen und immer komplexere Missionen durchführen wollen, ist der Bedarf an präzisen, zuverlässigen und effizienten Sensoren heute wichtiger denn je“, sagt der leitende Wissenschaftler Daniele Palaferri vom INPHOMIR-Projektkoordinator GEM elettronica, Italien, in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung. „Die fortschrittlichen Sensortechnologien, die wir entwickeln, werden hoffentlich die Genauigkeit der Satellitenpositionierung erhöhen, die Navigation für interplanetarische Missionen verbessern und den Erfolg der Weltraumforschung sicherstellen.“
Die Sensoren
Das optische Gyroskop ist ein hochintelligentes Gleichgewichtsinstrument, mit dem Satelliten und Drohnen präzise navigiert werden und auf Kurs bleiben können. Darin kommt Laserlicht zum Einsatz, um die Geschwindigkeit und die Richtung von Objekten zu messen, die sich drehen. Im Inneren des Gyroskops drehen sich Lichtstrahlen. Wenn sich das Gerät bewegt oder dreht, ändert sich der Weg des sich drehenden Lichts leicht. Diese Veränderung wird vom Sensor erfasst, um die genaue Bewegung und Richtung zu berechnen. Das modulierte Dauerstrichradargerät im mittleren Infrarotbereich für LIDAR ähnelt der Radartechnologie, nur dass statt Schall Laserlicht verwendet wird, um 3D-Karten der Umgebung zu erstellen. Palaferri vergleicht den Sensor mit dem Echoortungssystem einer Fledermaus und erklärt, dass das LIDAR einen kontinuierlichen Laserstrahl aussendet, der seine Frequenz mit der Zeit ändert. Damit lassen sich Entfernungen selbst bei bewegten Objekten äußerst genau messen. Für die Sensoren wird Licht im mittleren Infrarotbereich verwendet, da es Staub, Nebel und andere Dinge durchdringen kann, die normales Licht normalerweise nicht durchdringen kann. „Für Drohnen und selbstfahrende Autos hilft dieses Lidar, ihre Umgebung mit unglaublichen Details zu ‚sehen‘, selbst bei schlechtem Wetter oder in der Nacht, was einen sichereren und zuverlässigeren Betrieb ermöglicht. Bei Weltraummissionen kann diese Technologie Satelliten und Rovern helfen, zu navigieren und unbekanntes Terrain präzise zu kartieren“, so der Wissenschaftler. INPHOMIR baut seine Sensoren auf Indiumphosphid auf, einem Material, das es ermöglicht, viel Rechenleistung auf daumennagelgroßen Chips, sogenannten photonischen integrierten Schaltungen, unterzubringen. Dadurch werden Größe, Gewicht und Stromverbrauch reduziert. „Unsere bahnbrechenden Fortschritte in der auf photonischen integrierten Schaltungen basierten Hardware-Technologie versprechen eine Revolutionierung der Lieferkettenmanagement-Prozesse von EU-Unternehmen. Mit unserem eigenen Angebot an photonischen integrierten Schaltungen kann Europa schneller innovieren und neue Technologien entwickeln, sodass wir weiterhin an der Spitze des technologischen Fortschritts stehen“, sagt Palaferri. Er kommentiert zudem die Auswirkungen des Projekts INPHOMIR (INdium PHOsphide-based advanced Monolithically integrated photonic building-blocks at near and mid-InfraRed wavelengths): „Der Erfolg des Projekts wird einen bedeutenden Meilenstein in der photonischen Sensortechnologie darstellen, der der europäischen Industrie einen Wettbewerbsvorteil verschafft und das Engagement der EU für technologische Spitzenleistungen unterstreicht.“ Weitere Informationen: INPHOMIR-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
INPHOMIR, Lasersensor, Weltraum, Satellit, Drohne, photonische integrierte Schaltung, mittlerer Infrarotbereich, Indiumphosphid, moduliertes Dauerstrichradargerät, Lasererfassung und Entfernungsmessung