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TECHNOLOGIE
Bremer Sternensensor hilft Satelliten
von Stefan Deiters
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5. Januar 2000

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. 

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