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Mini-Flugroboter für die ISS

Hrishik Mishra, Doktorand an der TU Wien, entwickelte einen Algorithmus, der nun dabei hilft, Roboter auf der Raumstation ISS sicher und präzise zu steuern.

Würfelförmiger Kleinsatellit, schwebend in der Raumstation.

© NASA

Der "Astrobee".

Kleinsatellit Astrobee in der internationalen Raumstation ISS.

Astrobees sind kleine würfelförmige Hilfsroboter, die das Arbeiten in der Raumstation ISS einfacher machen sollen. Die Mini-Satelliten bewegen sich frei durch die ISS, unterstützen das Team und führen selbstständig Experimente unter Mikrogravitationsbedingungen durch. Das ist freilich nur mit Hilfe eines ausgeklügelten Steuerungssystems möglich.

Hrishik Mishra arbeitet derzeit an seiner Dissertation am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster an der TU Wien unter der Betreuung von Prof. Andreas Kugi und Prof. Christian Ott und ist gleichzeitig am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (DLR) tätig. Er ist Teil einer Kooperation mit dem Massachusetts Institute of Technology, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster und der NASA, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, bei der ein Steuerungskonzept für die Astrobees entwickelt wurde. Nun wurde dieses Steuerkonzept auf der ISS erstmals getestet – und das mit großem Erfolg.

Ein Zustandsschätzer für korrekte Navigation

Damit die Steuerung der Astrobees funktionieren kann, muss ihr Zustand möglichst genau bekannt sein. Hrishik Mishra entwickelte daher einen Algorithmus, mit dem der Bewegungszustand der Astrobees jederzeit abgeschätzt werden kann. Der Schätzalgorithmus kontrolliert, ob die Bewegung des Flugobjekts den Erwartungen entspricht, oder ob es zu Abweichungen kommt. Wenn das passiert, wird die Störung kompensiert, um weiterhin eine sichere Flugbewegung innerhalb der Raumstation zu gewährleisten.

Dafür nutzt der Algorithmus einerseits Informationen aus der Bildverarbeitung und andererseits auch Daten aus dem Steuerungsmodell. Am 25.01.2022 wurden nun erstmals Experimente mit einem einzelnen Astrobee auf der ISS durchgeführt, die äußerst vielversprechend verliefen. Am 02.02.2022 wurde dann in einer größeren Versuchsreihe weitere Experimente in Angriff genommen: Der Astrobee musste sich dabei autonom an ein freitaumelndes Zielsystem annähern.

Die Ergebnisse sind mehr als zufriedenstellend: „So wie es aussieht, hat der Schätzalgorithmus bei mindestens 19 von 20 durchgeführten Experimenten seine Aufgabe korrekt erfüllt“, freut sich Hrishik Mishra. Die genaue Auswertung aller gewonnenen Daten wird allerdings noch einige Zeit in Anspruch nehmen.