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Der optimale Weg einer Sonde zu mehreren Zielen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bielefeld
astronews.com
5. Mai 2026
Wie plant man eine Raumfahrtmission, bei der mehrere
Himmelskörper besucht werden sollen? Ein Forschungsteam entwickelte nun einen
exakten mathematischen Lösungsansatz. Die Methoden zur
Entscheidungsunterstützung an der Schnittstelle von Wirtschaftswissenschaft und
Mathematik könnten Raumfahrt und auch die Verkehrsplanung auf der Erde
voranbringen.
Die NASA-Mission Lucy soll an mehreren
Asteroiden vorüberfliegen.
Bild: NASA Goddard Space Flight
Center [Großansicht] |
Forschende der Universität Bielefeld haben einen mathematischen Rahmen
entwickelt, der ein komplexes Problem der Weltraumlogistik erstmals exakt lösen
kann: die optimale Planung einer Route zum Besuch mehrerer Asteroiden unter
realistischen astrodynamischen Bedingungen. Im Zentrum steht das sogenannte
Asteroid-Routing-Problem. Dahinter steckt die Frage: In welcher Reihenfolge
sollte eine Raumsonde mehrere Asteroiden ansteuern, wenn gleichzeitig Flugzeit
und Treibstoffverbrauch möglichst gering bleiben sollen? Die Schwierigkeit:
Anders als bei klassischen Routenproblemen verändern sich die "Wege" zwischen
den Zielen ständig, weil sich alle Himmelskörper permanent bewegen.
Die Idee zur Studie entstand in Bielefeld: Auslöser war ein Erfolg bei einem
Wettbewerb der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Während eines
Forschungsaufenthalts in Bielefeld griff Isaac Rudich das Thema auf und
entwickelte gemeinsam mit dem Team einen neuen Lösungsweg. Die Forschenden
nutzen dafür sogenannte "Decision Diagrams" – grafische Optimierungsmodelle, die
sehr große Mengen möglicher Lösungen systematisch strukturieren. Kombiniert mit
einer speziellen Suchmethode, die vielversprechende Lösungen gezielt eingrenzt,
konnte das Team erstmals exakte Lösungen für dieses Problem berechnen.
Besonders anspruchsvoll war dabei ein Teilproblem aus der Himmelsmechanik:
das sogenannte Lambert-Problem. Es beschreibt, wie eine optimale Flugbahn
zwischen zwei sich bewegenden Objekten berechnet wird. Weil diese Rechnung für
jede mögliche Route neu durchgeführt werden muss, gilt das Gesamtproblem bisher
als extrem schwer lösbar.
Die gesellschaftliche Bedeutung reicht deutlich weiter als in die Raumfahrt,
denn viele reale Planungsprobleme funktionieren ähnlich: Auch bei
Busverbindungen, Lieferketten oder Schifffahrtsrouten hängt die Dauer der Reise
oft vom Startzeitpunkt ab, weil sich Faktoren wie Wetter oder Verkehrsaufkommen
dynamisch verändern. Die Berechnungen hierzu sind oft mit hohem Aufwand
verbunden. Der entwickelte Ansatz könnte künftig helfen, solche Systeme
effizienter und robuster zu planen. Das betrifft Fragen von Mobilität,
Versorgung und Nachhaltigkeit. In Tests lieferte das Verfahren nicht nur mehrere
nachweislich optimale Lösungen, sondern auch neue Vergleichswerte, an denen sich
zukünftige Forschung orientieren kann.
"Diese Arbeit ist besonders, weil sie einen wissenschaftlichen Durchbruch mit
einer starken Anwendungsperspektive verbindet", so Professor Dr. Michael Römer
von der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Universität Bielefeld. "Wir
haben nicht nur ein komplexes kombinatorisches Optimierungsproblem erstmals
exakt gelöst, sondern zeigen auch, dass unsere Methoden Impulse für Raumfahrt,
Logistik und Personenverkehr geben können. Gerade diese Verbindung von
Grundlagenforschung und gesellschaftlicher Anwendung macht die Veröffentlichung
so relevant."
Über die Ergebnisse ihrer Studie berichtet das Team in einem Fachartikel, der
in der Zeitschrift INFORMS Journal on Computing veröffentlicht wurde.
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