Süddeutsche Zeitung

Nanosatelliten:Spione im Weltraum

Schwärme kleiner, preisgünstiger Satelliten erobern das All. Forscher und Unternehmer sind begeistert - doch Datenschützer warnen vor einer neuen Ära der Überwachung.

Alexander Kramer hält die Dose "Ice Tea Lemon" in die Höhe, als wäre sie ein Heiligtum. "Das ist unser erster Schritt in den Weltraum", sagt er. Die Dose ist allerdings nicht mit einem Getränk gefüllt, sondern randvoll mit winzigen elektronischen Bauteilen. Aus der Öffnung oben quellen Kabel hervor. Kramer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Informatik an der Universität Würzburg. Dort hat er den Spezialstudiengang "Space Sciences and Technology" belegt, in dem angehende Raumfahrt-Ingenieure alles über Satelliten lernen - von der Kommunikationssoftware bis zu Raumfahrt-Recht. Vor allem aber: Die Studenten bauen selbst Satelliten.

Das war lange undenkbar. Satelliten waren stets tonnenschwere Ungetüme. Sie zu planen und zu konstruieren dauerte ein Jahrzehnt, beschäftigte Hunderte Ingenieure und kostete Millionen. Aber zu der Horde Groß-Satelliten, welche die Erde im All begleiten, kommt mittlerweile ein Schwarm von Mini-Trabanten. Oft werden die Himmelskörper von Start-ups oder in Uni-Seminaren gebaut. Diese "Cubesats" sind auf dem Weg, die Raumfahrt zu verändern - und sie schaffen dabei neue Probleme für Datenschützer.

"Die Dose Ice Tea ist ein erster Gehversuch", sagt Kramer. Im ersten Semester bauen alle Studenten des Würzburger Studiengangs einen solchen Test-Satelliten, zehn Euro dürfen sie für die Komponenten ausgeben. Der kleine Späher soll bei einem realen Ballonflug am Nordpolarkreis in 20 Kilometern Höhe Messdaten sammeln und zur Erdoberfläche funken. Das soll die Studenten auf den Bau eines anspruchsvolleren Mini-Satelliten vorbereiten, auf Uwe, den "Universität Würzburg Experimental-Satellit".

Seit 2013 zieht Uwe-3, das seit 2005 dritte Modell der Würzburger, in 700 Kilometern Höhe seine Bahnen um die Erde. Gerade einmal zehn Zentimeter misst jede Kante des würfelförmigen Satelliten. Der Winzling mit dem Gewicht einer Milchpackung soll ein neuartiges Steuerungssystem testen - und ob handelsübliche elektronische Bauteile für den Einsatz im All taugen. Weil die Würfel bei ohnehin geplanten Raketenstarts mitfliegen, kostet eine Cubesat-Mission nur etwa 250 000 Euro. Damit sind künstliche Himmelskörper auch für kleinere Unternehmen und Universitäten bezahlbar.

Die Nasa hielt Würfelsatelliten zunächst für Spinnerei - Russland sah das anders

Klaus Schilling, Leiter der Würzburger Satelliten-Truppe, brachte das Cubesat-Prinzip vor zwölf Jahren nach Deutschland. Damals arbeitete er an der Stanford University mit Robert Twiggs, gewissermaßen der Vater der Kleinsatelliten. 1999 hatte Twiggs gemeinsam mit einem Kollegen eine Idee: In Raketen ist neben der Nutzlast, oft tonnenschwere Satelliten oder Module für Raumstationen, meist noch Platz, der mit Gewichten gefüllt wird, welche die Rakete im Gleichgewicht halten. Was, wenn man diesen Platz mit kleineren Satelliten füllen könnte, fragten die beiden Forscher. Was, wenn die großen Missionen die Cubesats huckepack nähmen?

Twiggs sandte der US-Raumfahrtbehörde Nasa eine Konzeptidee. Doch dort zeigte man sich kaum begeistert. "Die Nasa hielt uns damals für Idioten", sagt Twiggs. "Also mussten wir für die ersten Flüge bei den Russen anklopfen." Dort wurden die Satelliten-Schrauber mit offenen Armen empfangen: Am 30. Juni 2003 flogen die ersten sechs Würfelsatelliten an Bord einer russischen Rakete ins All. Erstmals schwebten Himmelskörper im Weltraum, die nicht in gewaltigen Werkshallen gebaut worden waren, sondern von jungen Bastlern in kleinen Hochschullaboren, von Studenten aus Stanford, Tokio und Aalborg in Dänemark.

Es war ein Triumph. Klaus Schilling übernahm die Idee für seine Studenten in Würzburg, und 2005 flog Uwe-1 als erster deutscher Cubesat ins All. Aber auch andere begeisterten sich für das Konzept. Jahr für Jahr wurden mehr Würfel auf eine Umlaufbahn gebracht, allein 2014 flogen weltweit rund 120 ins All. Insgesamt gab es bislang etwa 350 Missionen; beinahe die Hälfte beruhte auf studentischen Projekten. Einer Studie der Universität Southampton zufolge könnten im Jahr 2020 mehr als 2000 neue Winzlinge um die Erde kreisen. Dabei übernehmen die Weltraum-Zwerge zunehmend wissenschaftliche Aufgaben: Von 2018 an soll ein Kleinstsatellit der Nasa um den Mond kreisen und aus dem Orbit nach gefrorenem Wasser suchen, wie in der vergangenen Woche bekannt wurde.

Dass die fliegenden Würfel nicht nur studentische Fingerübungen sind, zeigt auch das Projekt von Sara Seager. Kürzlich hat die Professorin am Massachusetts Institute of Technology zusammen mit ihren Studenten einen Würfelsatelliten fertiggestellt, der auf wenige Bruchteile eines Winkelgrads genau ein Ziel in den Tiefen des Raumes anpeilen kann. Zum Beispiel einen Stern fernab unseres Sonnensystems, um den ein Planet kreist. Heute kennen Wissenschaftler knapp 2000 solcher "Exoplaneten". Normalerweise kann man sie nur mit riesigen Teleskopen entdecken.

Die Vision: ein erdumspannender Scanner, der die Erde ablichtet

Seager will das ändern. Ihre Cube-Satelliten sollen nach neuen fernen Welten suchen. Ein Prototyp wird von 2016 an seine hochempfindliche Kamera auf einen einzigen Stern richten und diesen, wenn alles gut geht, gut zwei Jahre nicht mehr aus der Linse lassen. "Wenn sich ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor seinen Stern schiebt, verdunkelt er das Licht des Sterns ein wenig", sagt Seager. Dadurch kann man einen Planeten in dem fernen Sternsystemen entdecken.

Irgendwann, hofft die Forscherin, wird ein ganzer Schwarm ihrer Späher im All schweben und als Kollektiv einen weitaus größeren Teil des Himmels absuchen als bislang möglich. Die Weltraumteleskope Hubble, Kepler oder das geplante, knapp acht Milliarden Euro teure James-Webb-Teleskop können stets nur einen kleinen Ausschnitt des Firmaments ins Visier nehmen. Die Entwicklung des ersten Cubesat-Planetenjägers kostet noch Millionen Dollar. Doch für jeden weiteren, schätzt Seager, wird man nur 80 000 Dollar aufwenden müssen - ein Bruchteil dessen, was Weltraumteleskope kosten.

In diesem wie anderen Fällen ist allerdings fraglich, ob Kleinsatelliten die Aufgaben der großen Weltraum-Missionen übernehmen können. Bestenfalls könnten sie langfristig wohl eine kostengünstige Ergänzung sein. Navigation, Nachrichtenaufklärung, Telekommunikation, Erdbeobachtung und astronomische Forschung: All das können prinzipiell auch die kleinen Trabanten, allerdings längst nicht so gut wie ihre großen Brüder. Schließlich ist im Inneren der Cubesats nur wenig Platz. Zudem funktionieren die Sparversionen unter den Satelliten noch lange nicht optimal. Viele fallen im Orbit aus, melden sich gar nicht mehr. Auch am Antrieb hapert es, denn in den Winzlingen ist kein Platz für Treibstoff.

648 Kleinsatelliten

will der ehemalige Google-Mitarbeiter Greg Wyler mit seiner Firma Oneweb ins All bringen, um auf der Erde einen schnellen und günstigen Zugang zum Internet anzubieten. Kleine, mobile Bodenstationen sollen das Signal der Satelliten empfangen und gleichzeitig als Funkmasten dienen, über die Smartphones und Computer ins Internet kommen. Das soll Funklöcher stopfen und Helfern nach Erdbeben oder Wirbelstürmen eine Netzverbindung ermöglichen. Im Juni ist der Airbus-Konzern in das Projekt eingestiegen. Die ersten der kaum 150 Kilogramm schweren Satelliten soll Virgin Galactic, das private Raumfahrtunternehmen, im Jahr 2018 ins All transportieren.

Aber die Cubesats verändern schon jetzt die Raumfahrt. Diese verwandelt sich zunehmend in ein Geschäftsfeld für Start-up-Unternehmer wie Dan Berkenstock und Julian Mann. Die beiden bastelten einst mit Robert Twiggs an der Stanford University an den ersten Modellen der Cubesats. 2009 gründeten sie gemeinsam die Firma Skybox. Ihr Ziel: Kleine Satelliten sollen hochauflösende Bilder der Erde schießen. Manch ein Unternehmen, so kalkulieren sie, könnte Interesse daran haben, die Erde aus dem All überwachen zu lassen - seien es Minenbetreiber, Raffinerien oder Pipelines, Containerschiffe auf den Weltmeeren, Rodungen in Forsten oder Ernten auf Getreidefeldern.

Google investierte 500 Millionen

Den weitaus kostbareren Schatz aber könnten die Mitarbeiter von Skybox selbst aus den Bildern heben und teuer verkaufen. Zum Beispiel die Zahl von Autos zu einem bestimmten Zeitpunkt, die Zahl der Öltanker auf dem Weg nach China oder die nächtliche Helligkeit der Siedlungen entlang des Ganges in Indien. Solche Informationen geben Einblick in die Entwicklung von Industrien, von Regionen oder ganzen Nationen - und sind deshalb wertvoll für Investoren, Politiker, Journalisten, Wissenschaftler oder Umweltschützer.

Im Jahr 2013 entsandte Skybox den ersten Satelliten ins All, vergangenes Jahr den zweiten. Es sind Würfel, die deutlich größer sind als die Uwes aus Würzburg. Eine Skybox ist so groß wie ein Kühlschrank und 100 Kilogramm schwer. Das Konzept des Start-ups scheint aufzugehen: Die ersten Bilder der hochauflösenden Kamera an Bord der Skybox waren so überzeugend, dass Google die Firma 2014 für 500 Millionen Dollar übernahm. Mehr als 100 Ingenieure, Programmierer und andere Spezialisten arbeiten heute daran, in wenigen Jahren 24 der Mittelformat-Satelliten im Weltall zu positionieren. Vielleicht übernehmen sie einmal die Aufgabe des 2800 Kilogramm schweren Satelliten, der derzeit Bilder für die Erdbeobachtungs-Software "Google Earth" liefert.

Skybox ist nicht das einzige Unternehmen, das versucht, den Orbit für sich zu erobern. Auch die Firma Planetlabs aus San Francisco will hochauflösende Bilder von der Erde schießen und verkaufen - und sie nutzt dazu kleine Cubesats. Die Mini-Späher werden von der Internationalen Raumstation ISS aus in regelmäßigen Abständen ausgesetzt. So sollen sie einen erdumspannenden Scanner formen, der den gesamten Planeten rund um die Uhr ablichtet. 131 Mini-Satelliten sollen am Ende einen Schwarm bilden, 78 hat Planetlabs bereits positioniert.

Furcht vor "Paparazzi-Satelliten"

Aus Sicht von Kritikern entsteht so ein Problem, das den Nutzen der Winzlinge infrage stellen könnte: Der Missbrauch von Daten und die Verletzung von Persönlichkeitsrechten. Werden die "Paparazzi-Satelliten" die Erde in ein "globales Panoptikum" verwandeln, wie Kritiker befürchten? "Da deutsche Gesetze zum Datenschutz nur für Unternehmen mit Sitz in Deutschland gelten, werfen Aufnahmen aus dem All weitreichende Fragen auf", sagt Alexander Dix, Berliner Beauftragter für Datenschutz und Informationsfreiheit.

Bisher gebe es keine internationalen Regulierungen für die kommerzielle Herstellung von Fotos oder Videos aus dem All. Dieses Geschäfts- und Forschungsfeld ist noch so jung, dass die Politik kaum hinterher kommt. Zwar legt die Registrierungskonvention der Vereinten Nationen fest, dass Objekte, die ins All geschossen werden, gemeldet werden müssen. Aber: "Es ist nicht klar, inwiefern die Konvention auch Kleinsatelliten von privaten Unternehmen einschließt", sagt Dix.

Die Internationale Arbeitsgruppe zum Datenschutz in der Telekommunikation, der Dix vorsitzt, hat 2013 Vorschläge zum Umgang mit der Beobachtung aus großer Höhe veröffentlicht. Doch das gesellschaftliche und politische Bewusstsein für die Möglichkeiten der Überwachung aus der Luft sei längst noch nicht angemessen, sagt Dix.

Damit zumindest niemand die Daten stiehlt, die zwischen den Minitrabanten und der Erde hin und her fließen, arbeiten die Würzburger Studenten derzeit an der Sicherheit der Kommunikationstechnik. Und nicht nur daran. Unter Anleitung von Alexander Kramer und anderen Absolventen werkelt eine Generation künftiger Satelliteningenieure an Modellen für Uwe-4, dem Nachfolger des aktuellen Würzburger Cubesats. Mit neuartigen Schubdüsen sollen sich gleich vier Uwe-4 zu einem Formationsflug zusammenschließen. Es wäre eine weltweite Premiere.

Das European Research Council, die größte europäische Einrichtung zur Förderung der Wissenschaft, hat für die Würzburger Satelliten 2,5 Millionen Euro bereitgestellt. Auf dem "7. European Cubesat-Symposium", das Anfang September in Belgien stattfindet, stellen etliche deutsche Arbeitsgruppen ihre Entwicklungen vor. An der Technischen Universität Berlin wurde 2014 ein "Forschungszentrum für Nanosatelliten" gegründet, auch in Dresden, München, Heidelberg und Aachen arbeiten Wissenschaftler mit ihren Studenten an weltraumtüchtigen Würfeln. Es sieht so aus, als warte eine große Zukunft auf die kleinen Satelliten.

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Quelle:
SZ vom 29.08.2015
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