NASAs Mission Fly Foundational Robots: Kommerzieller Roboterarm eröffnet neue Phase der Weltrauminfrastruktur
Die NASA und ihre Industriepartner bereiten die erste Demonstration eines kommerziellen Roboterarms in der niedrigen Erdumlaufbahn im Rahmen der Mission Fly Foundational Robots (FFR) vor, deren Start derzeit für Ende 2027 geplant ist. Es handelt sich um einen entscheidenden technologischen Schritt für zukünftige Operationen zur Wartung, Montage und Fertigung im Weltraum – ein Bereich, der als Grundlage für eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond, dem Mars und im weiteren Sonnensystem gilt.
Die Mission FFR ist Teil des Portfolios In-space Servicing, Assembly, and Manufacturing (ISAM) der NASA-Direktion für Raumfahrttechnologie. Im Gegensatz zu einigen früheren, extrem komplexen Projekten stützt sich dieser Demonstrator bewusst auf kommerzielle Komponenten und agile Unternehmen, mit einem gezielten Ziel: zu zeigen, dass anspruchsvolle Roboteroperationen zuverlässig, skalierbar und zu geringeren Kosten als zuvor durchgeführt werden können.
Kommerzieller Roboterarm aus Pasadena als „Arbeiter im Orbit“
Im Mittelpunkt der Mission steht ein Roboterarm, der von einem kleinen, aber hochspezialisierten amerikanischen Unternehmen, Motiv Space Systems aus Pasadena in Kalifornien, geliefert wird. Das System wurde durch das Programm Small Business Innovation Research (SBIR) Phase III entwickelt, was bedeutet, dass es auf Technologie basiert, die bereits mehrere Runden von Überprüfungen und Demonstrationen durchlaufen hat.
Der Roboterarm ist für eine Reihe anspruchsvoller Aufgaben in der Schwerelosigkeit und unter Bedingungen teilweiser Schwerkraft konstruiert: vom fein abgestimmten Greifen und Manipulieren verschiedener Werkzeuge, über den Umgang mit empfindlicher Ausrüstung bis hin zum „Gehen“ auf der Struktur des Raumfahrzeugs mithilfe spezieller Befestigungspunkte. Ein solches Design ermöglicht es, dass dieselbe Plattform für ein breites Spektrum zukünftiger Missionen genutzt wird – von der Inspektion und Reparatur von Satelliten bis hin zur Montage größerer Konstruktionen wie Solarfeldern oder Kommunikationsantennen direkt im Orbit.
Motivs Arm wird auf ein Raumfahrzeug integriert, das vom Unternehmen Astro Digital aus Littleton in Colorado geliefert wird. Es wird als „fliegendes Labor“ dienen – ein orbitales Testgelände, auf dem untersucht wird, wie der Roboter auf reale Bedingungen im Weltraum reagiert, wie er Temperatur- und Strahlungsextreme verträgt und wie zuverlässig er in einer langfristigen Umgebung ohne Wartung von der Erde aus arbeitet.
Der orbitale Test wird durch das NASA-Programm Flight Opportunities organisiert, mit dem die Direktion für Raumfahrttechnologie kleineren Unternehmen und Forschungsteams den Zugang zu Flügen für die frühe Demonstration innovativer Lösungen sichert. Damit wird der Übergang vom Laborprototyp zur Technologie, die bereit für den Einbau in operative Missionen ist, beschleunigt.
Die Rolle der NASA-Zentren: von Washington bis Greenbelt und Edwards Field
Die Mission Fly Foundational Robots wird vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt im Bundesstaat Maryland geleitet, einem der Schlüsselzentren für die Entwicklung von Weltraumtechnologien und Robotik. Goddard ist bereits seit Jahrzehnten Träger von Projekten im Bereich der Satellitenwartung, einschließlich der nunmehr eingestellten Mission OSAM-1, und die Erfahrung dieser Arbeit ist in die neue Generation von Ansätzen eingeflossen, die FFR repräsentiert.
Das Programm ISAM, mit dem die Mission finanziert wird, wird vom NASA-Hauptquartier in Washington koordiniert, einer Stadt, die neben dem politischen Zentrum der USA auch ein wichtiger Brennpunkt für Weltraumpolitik und -industrie ist. Für Besucher amerikanischer Wissenschaftsmuseen und Kongresse zur Weltraumpolitik in der Hauptstadt haben auch Unterkunftsangebote in Washington in der Nähe wichtiger Institutionen eine zusätzliche praktische Dimension, wo sich oft Vertreter von Agenturen, Industrie und der wissenschaftlichen Gemeinschaft treffen.
Das operative Testen im Rahmen des Flight Opportunities-Programms wird vom Armstrong Flight Research Center der NASA in Edwards in Kalifornien durchgeführt, das eine lange Geschichte der Erprobung experimenteller Fluggeräte und neuer Technologien im Flug hat. Armstrong wird die Leistung von Motivs Roboterarm überwachen, Daten analysieren und sie mit den vor dem Start definierten Erwartungen vergleichen.
Von OSAM-1 zu FFR: wie die NASA die Strategie der Weltraumwartung neu definierte
Fly Foundational Robots kommt zu einem Zeitpunkt, an dem die NASA den Ansatz zur Weltraumwartung nach der Einstellung des Projekts OSAM-1 im Jahr 2024 umgestaltet. OSAM-1 sollte das komplexe Auftanken des Satelliten Landsat 7 und die Montage einer großen Antenne im Orbit demonstrieren, doch die Mission wurde aufgrund einer Kombination aus technischen, kostenbezogenen und zeitlichen Herausforderungen beendet.
Trotz dieses Schrittes hat die Agentur die Ziele nicht aufgegeben – im Gegenteil, die offizielle Dokumentation betont, dass die NASA ein „Schlüsselbefürworter von Entwicklungsaktivitäten im Bereich der ISAM-Technologien“ bleibt und nach flexibleren, modularen und kommerziell nachhaltigen Wegen sucht, dieselben Konzepte mit geringerem Risiko umzusetzen. FFR fügt sich genau in eine solche Strategie ein: Sie fördert den Einsatz kommerzieller Ausrüstung, teilt Kosten und Risiken mit Industriepartnern und konzentriert sich auf eine klar definierte, aber bedeutende Demonstration im Orbit.
Eine solche Kehrtwende passt auch in den breiteren Trend der Weltraumindustrie, wo eine immer größere Zahl privater Unternehmen eigene Lösungen für Wartung, Inspektion und Deorbitierung von Satelliten entwickelt, während staatliche Agenturen bestrebt sind, Standards zu setzen, Technologien zu zertifizieren und Interoperabilität sicherzustellen. FFR ist dabei ein wichtiger Schritt, da sie einen Referenzpunkt definiert – einen realen Test im Orbit –, mit dem andere Systeme und Ansätze verglichen werden.
Wie die Demonstration im Orbit aussehen wird
Obwohl die genauen operativen Szenarien noch ausgearbeitet werden, hat die NASA mehrere Schlüsselschwerpunkte an Aufgaben angekündigt, die Motivs Roboterarm im Orbit ausführen wird. Dazu gehören das präzise Greifen und Manipulieren standardisierter Objekte, der Austausch von „Pseudo-Modulen“, die Satellitenteile imitieren, das autonome Wechseln zwischen verschiedenen Befestigungspunkten am Raumfahrzeug sowie die Verwendung verschiedener Werkzeuge ohne ständige menschliche Intervention.
Ein Teil der Operationen wird völlig autonom sein, gesteuert durch Algorithmen auf dem Raumfahrzeug selbst, während andere teleoperativ von Kontrollzentren auf der Erde aus durchgeführt werden, wahrscheinlich von Goddard und anderen NASA-Einrichtungen aus. Damit wird die gesamte Kette getestet – von Software und Sensoren am Arm, über Kommunikationsverzögerungen und -beschränkungen, bis hin zu Schnittstellen in den Kontrollräumen und Verfahren, die Ingenieure und Operatoren nutzen müssen.
Besondere Aufmerksamkeit wird der Sicherheit gewidmet: Der Roboterarm muss beweisen, dass er in unmittelbarer Nähe empfindlicher Ausrüstung ohne Risiko von Kollisionen, Stößen oder unkontrollierten Bewegungen arbeiten kann. Jedes Manöver wird zunächst Simulationen und „digitale Zwillinge“ des Systems durchlaufen, ein Ansatz, den die NASA bereits intensiv auf anderen Roboterplattformen im Orbit nutzt.
„Gast-Robotiker“: neue Chance für amerikanische Teams
Einer der interessanteren Aspekte von FFR ist das Konzept der „Guest Roboticists“ – Gast-Robotiker. Die NASA plant, die Möglichkeit zu eröffnen, dass Forschungsteams und Unternehmen aus den Vereinigten Staaten eigene Szenarien, Algorithmen und experimentelle Aufgaben einreichen, die während der Missionsdauer auf Motivs Plattform ausgeführt werden könnten. Die Agentur wird der erste Gastbetreiber sein, sucht aber bereits jetzt nach weiteren interessierten Partnern aus der akademischen Gemeinschaft und der Industrie.
Ein solches Kooperationsmodell ähnelt demjenigen, das die NASA bereits auf der Internationalen Raumstation (ISS) durch die Astrobee-Roboter entwickelt hat – kleine, würfelförmige, frei fliegende Einheiten, an die Wissenschaftler und Studenten verschiedener Universitäten eigene Algorithmen für Navigation, Inspektion oder Objektmanipulation senden können. Diese Systeme wurden bereits genutzt, um künstliche Intelligenz zu testen, die selbstständig Pfade durch die engen Korridore der ISS plant, wodurch der Bedarf an ständiger menschlicher Kontrolle verringert wird.
Ähnlich kann FFR zu einem „orbitalen Labor“ für die Erforschung neuer Ansätze in der Robotik im Weltraum werden, einschließlich der Anwendung fortschrittlicher Algorithmen des maschinellen Lernens, kooperativer Arbeiten einer größeren Anzahl von Robotern oder hybrider Operationen, bei denen Roboter gefährliche und routinemäßige Aufgaben übernehmen, während Menschen nur in kritischen Momenten eingreifen.
Von Canadarm zu FFR: Kontinuität und Sprung in den Fähigkeiten
Die NASA und ihre internationalen Partner nutzen bereits seit Jahrzehnten Roboterarme im Weltraum. Das kanadische System Canadarm2 und der Roboter Dextre auf der ISS sind zu Schlüsselwerkzeugen für die Montage der Station, das Einfangen von Frachtraumschiffen und die Durchführung komplexer Reparaturen ohne Weltraumspaziergänge geworden. Diese Plattformen ersetzen bereits heute einen Großteil dessen, was einst Astronauten in Raumanzügen taten, bei geringerem Risiko und geringeren Kosten.
Der neue Schritt, den FFR bringt, ist der Übergang von einzelnen, spezifisch entworfenen Robotersystemen zu generischeren, kommerziellen Armen, die an verschiedene Missionen und Partner angepasst werden können. Während Canadarm2 und Dextre primär für die ISS gebaut wurden, ist Motivs Arm als modulare Plattform konstruiert, die in Zukunft auch von einem kommerziellen Satellitenbetreiber, der NASA, einer anderen staatlichen Agentur oder einem internationalen Partner übernommen werden kann.
Dieser Wandel ist auch für zukünftige Missionen im Rahmen des Artemis-Programms wichtig, in dem die USA und Partner die Errichtung einer dauerhafteren Infrastruktur auf und um den Mond planen. Roboterarme ähnlich dem, den FFR testen wird, könnten eines Tages Elemente der orbitalen Mondstation zusammensetzen, Instrumente auf der Oberfläche installieren, Solarfarmen bauen und warten oder Landeplätze vorbereiten.
Neuer Typ „Arbeiter“ für die Weltraumwirtschaft
Eines der Hauptargumente der NASA und der Industrie, warum FFR wichtig ist, ist die Entwicklung der zukünftigen Weltraumwirtschaft. Wenn Roboter im Orbit Satelliten warten, ihnen Treibstoff nachfüllen, Module austauschen und die Infrastruktur schrittweise aufrüsten können, wird es nicht mehr notwendig sein, jedes Mal einen neuen Satelliten zu starten, wenn der alte das Ende seiner Lebensdauer erreicht. Das bedeutet weniger Weltraummüll, geringere Kosten und größere Flexibilität für Betreiber.
Die Funktionen, die Motivs Arm in der FFR-Mission demonstrieren wird, können potenziell auch auf andere Sektoren übertragen werden. In der Bauindustrie könnten fortschrittliche Roboterarme gefährliche Arbeiten in der Höhe oder in kontaminierten Bereichen automatisieren; in der Medizin helfen präzise Roboter bereits heute Chirurgen, und Erfahrungen aus dem Weltraum können die Sicherheit und Zuverlässigkeit solcher Systeme weiter verbessern. Im Transportwesen sind autonome Robotersysteme bereits Teil der Logistikketten, und die für FFR entwickelte Technologie kann die Arbeit von Lagerrobotern oder Inspektionsdrohnen verbessern.
Für Volkswirtschaften, die in Weltraumtechnologie investieren, einschließlich der Europäischen Union, schaffen solche Missionen neue Marktnischen – von Komponentenherstellern über Softwareunternehmen bis hin zu Anbietern spezialisierter Dienstleistungen für Datenanalyse und Integration von Robotersystemen. In diesem Kontext kombinieren politische und geschäftliche Delegationen, die Washington besuchen, um Vereinbarungen über Weltraumkooperation zu treffen, oft offizielle Treffen mit Fachkonferenzen, sodass auch Unterkunftskapazitäten in Washington an Besucher der Weltraumindustrie angepasst sind.
Sicherheit, Standards und Regulierung: Herausforderungen vor Robotern im Orbit
Der Fortschritt, den FFR bringt, ist nicht nur technologischer Art; er wirft auch eine Reihe von Fragen in Bezug auf Sicherheit und Regulierung von Weltraumaktivitäten auf. Roboterarme, die sich fremden Satelliten nähern oder sich in der Nähe wichtiger Kommunikations- und Navigationssysteme bewegen können, müssen internationale Abkommen, Verhaltensstandards im Orbit und Richtlinien zur Vermeidung von Weltraummüll respektieren.
Die NASA hebt hervor, dass die Demonstration auf einer eigenen Plattform mit klar definierten Sicherheitszonen und Verfahren durchgeführt wird, doch langfristig wird erwartet, dass solche Technologien Teil eines breiteren „Systems von Systemen“ werden, in dem mehrere Staaten und private Betreiber gemeinsame Protokolle teilen. Der Erfolg von FFR könnte dabei als Referenzfall für die Entwicklung zukünftiger internationaler Standards im Bereich der Weltraumwartung und Robotik dienen.
Ein besonderes Thema ist auch die Cybersicherheit: wie sichergestellt werden kann, dass Roboterarme nicht durch böswillige Eindringlinge kompromittiert werden, dass Befehle verschlüsselt und zuverlässig über große Entfernungen übertragen werden können und dass Systeme autonom in einen sicheren Modus wechseln können, wenn sie eine Anomalie erkennen.
Das breitere Bild: von fliegenden Robotern auf der ISS zu Robotern auf dem Mond und Mars
Parallel zu FFR entwickelt die NASA weiterhin auch andere Roboterplattformen. Auf der ISS testen Astrobee-Roboter bereits seit Jahren neue Bewegungsalgorithmen und autonome Aufgabenplanung, und kürzlich wurden sie erstmals von einem fortschrittlichen System künstlicher Intelligenz gesteuert, das an der Universität Stanford entwickelt wurde und die Berechnung sicherer Pfade deutlich schneller als klassische Methoden ermöglicht.
Erfahrungen mit diesen Systemen, zusammen mit dem Erbe von Canadarm und Dextre, fließen nun in FFR ein, was einen Wendepunkt darstellt: den Übergang vom Rahmen einer Station oder einer Mission hin zu einem breiteren Ökosystem von Robotern, die eines Tages auf dem Mondboden, in Umlaufbahnen um den Mars oder in einem Netzwerk kommerzieller Raumstationen agieren werden. In einigen Szenarien werden Roboter als erste an zukünftigen Basisstandorten „landen“, das Gelände vorbereiten, Antennen und Solaranlagen aufstellen und grundlegende geologische und ingenieurtechnische Analysen durchführen, bevor Menschen dort eintreffen.
In diesem Kontext geht die Motivation hinter der Mission Fly Foundational Robots sichtlich über kurzfristige Ziele hinaus. Die NASA möchte überprüfen, ob sich die neue Generation kommerzieller Robotersysteme in ein Standardwerkzeug für zukünftige Forschungs- und kommerzielle Unternehmungen verwandeln lässt – ein Werkzeug, das, wenn es sich als erfolgreich erweist, ebenso gewöhnlich sein wird wie heute Solarpaneele, Kommunikationsantennen oder Navigationssysteme auf Satelliten.
In Washington, wo wichtige Entscheidungen über das Budget und die Prioritäten des amerikanischen Weltraumprogramms getroffen werden, sind Diskussionen über Missionen wie FFR Teil eines breiteren Wettbewerbs darüber, wie die Weltraumwirtschaft der 2030er Jahre aussehen wird. Davon, ob in flexible Robotersysteme und Infrastruktur investiert wird, hängt ab, wie schnell sich die Vision einer dauerhaften menschlichen Präsenz auf dem Mond und der Weg zum Mars verwirklichen lässt – und wie viel von dieser neuen, orbitalen Wirtschaft andere Länder, einschließlich europäischer Akteure und privater Investoren, die immer häufiger in die USA reisen, erfassen können, für die auch eine qualitativ hochwertige Unterkunft in Washington während Weltraumkonferenzen und Verhandlungen immer wichtiger wird.
Quellen:
- NASA – offizielle Mitteilung zur Mission Fly Foundational Robots und dem kommerziellen Roboterarm von Motiv Space Systems (Link)
- SpaceDaily / Spaceflight Now – Artikel über das Testen eines kommerziellen Roboterarms im Orbit und den geplanten Start Ende 2027 (Link)
- ExecutiveGov – Übersicht über die Zusammenarbeit von NASA, Motiv Space Systems und Astro Digital im Rahmen der FFR-Mission (Link)
- NASA – offizielle Informationen zur Einstellung der Mission OSAM-1 und Fortsetzung der Entwicklung von ISAM-Technologien (Link)
- Canadian Space Agency / NASA – Daten zu den Robotersystemen Canadarm2 und Dextre auf der ISS (Link), (Link)
- NASA / ISS National Lab / Medienberichte – derzeitige Anwendungen der Astrobee-Roboter und jüngste Experimente mit künstlicher Intelligenz auf der ISS (Link), (Link), (Link)
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Erstellungszeitpunkt: 6 Stunden zuvor