Ein Roboter im All hat erstmals ohne Astronauten eine neue Fachwerksektion aus Einzelteilen montiert. Die ASTRA-Nutzlast des California Institute of Technology führte den entscheidenden Arbeitsschritt im Erdorbit aus und verband dabei Streben zu einem tragenden Segment. Befehle kamen weiterhin von der Erde, die eigentliche Montage übernahm jedoch der Bordmechanismus. Statt einer vollständigen Antenne entstand bislang nur ein zusätzliches Segment.
Am 5. November 2026 meldeten das California Institute of Technology (Caltech) und die US-Forschungsbehörde DARPA den Erfolg. Das Team um den Caltech-Ingenieur Sergio Pellegrino hatte dafür einen kompakten Montageroboter entwickelt, der Bauteile im freien Weltraum zu einer größeren Struktur verbindet. Die Nutzlast heißt ASTRA, die Abkürzung steht für „Autonomous In-Space Tensioned Reflector Assembly“. Caltech beschrieb den Versuch in seiner Mitteilung über den erfolgreichen Aufbau im Weltraum. Pellegrino, der auch als Senior Research Scientist am Jet Propulsion Laboratory tätig ist, bezeichnete den Versuch als Premiere: „Dies ist das erste Mal, dass im Weltraum autonom eine Struktur errichtet wurde.“
Die Formulierung „autonom“ braucht dabei eine wichtige Einordnung. Kein Astronaut schwebte neben dem Gerät und setzte die Teile von Hand zusammen, aber der Roboter arbeitete auch nicht ohne menschliche Leitung. Ingenieure am Boden übermittelten die Befehle, überwachten die Abläufe und prüften die Ergebnisse anhand von Aufnahmen aus dem All. Die Premiere besteht darin, dass die mechanische Montage selbstständig an Bord ablief und nicht von einem Menschen im Orbit ausgeführt werden musste. Damit demonstrierte ASTRA einen neuen Weg, große Raumfahrtstrukturen nicht nur gefaltet zu transportieren, sondern direkt am Einsatzort aufzubauen.
ASTRA startete am 30. März 2026 von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien. Die Nutzlast flog als eine von zehn mitgeführten Einheiten auf dem Raumfahrzeug Vigoride 7 des Unternehmens Momentus Inc.; dieses war Teil der SpaceX-Mission Transporter-16. Der ASTRA-Aufbau hatte ungefähr das Volumen eines Kubikmeters. In diesem kompakten Gehäuse befanden sich bereits zwei vorgefertigte Abschnitte des späteren Fachwerkrings, außerdem ein Manipulator und motorisierte Magazine mit den Bauteilen für die weitere Montage. Die Streben bestanden aus Faserverbundrohren, die Verbindungselemente aus Aluminium.
Ein solches Segment wird im Projekt als „Bay“ bezeichnet. Mehrere Streben und Knotenpunkte bilden dabei eine räumliche Fachwerkstruktur, deren Stäbe sich gegenseitig abstützen. Die Dreiecksgeometrie macht das Gerüst vergleichsweise steif, ohne dass dafür eine geschlossene, massive Wand nötig ist. Für große Antennen oder Spiegel ist das wichtig: Die Tragstruktur soll ihre Form halten, darf aber möglichst wenig Masse in den Orbit bringen. ASTRA sollte diese Abschnitte nacheinander zu einem ringförmigen Träger verbinden, an dem die reflektierende Fläche befestigt wird.
Nach dem Erreichen des Orbits löste das System zunächst die Sicherungen, die während des Raketenstarts alle Teile an ihrem Platz gehalten hatten. Anschließend schob es die beiden bereits montierten Segmente aus dem Gehäuse. Erst danach begann der eigentliche neue Montageschritt: Der Manipulator nahm einzelne Streben und Gelenke aus den Magazinen, brachte sie in die vorgesehene Position und verband sie zu einem dritten Segment. Damit entstand erstmals ein neues Fachwerksegment nicht bereits am Boden, sondern aus Einzelteilen direkt im Weltraum. Der Roboter musste dafür die Bauteile nacheinander greifen, ausrichten und an den vorgesehenen Verbindungspunkten zusammenfügen.
Der Manipulator ähnelt keinem menschenähnlichen Roboter mit beweglichen Armen und Händen. DARPA beschreibt ihn als relativ einfachen Portalroboter, der sich entlang von drei linearen Achsen bewegt. Das Gerät fährt damit in einem festgelegten Arbeitsraum zu den Magazinen, greift ein Bauteil und transportiert es zum Montagepunkt. Dort verbindet es die Faserverbundstrebe mit einem Aluminiumgelenk. Die Konstruktion verzichtet nach Angaben der Behörde auf besonders komplizierte Robotik oder fortgeschrittene Algorithmen. Entscheidend ist vielmehr, dass Greifen, Positionieren, Verbinden und Ausschieben zuverlässig in einer passenden Reihenfolge zusammenarbeiten.
Zur Antenne gehört nicht nur das tragende Gerüst. ASTRA erprobte auch eine dünne, perforierte und netzartige Reflektorfläche aus Kapton. Das Material wurde gemeinsam mit Forschern der University of Pennsylvania entwickelt; beteiligt war eine Gruppe um Igor Bargatin. Nach dem Aufbau eines Fachwerkabschnitts befestigt der Manipulator die reflektierende Folie so, dass zwei netzartige Seilflächen entstehen. Federn spannen diese gegeneinander vor. Die Öffnungen und die flexible Struktur sollen eine leichte Reflektorfläche ermöglichen, die weniger Vorspannung benötigt als das bei faltbaren Reflektoren übliche gestrickte Metallnetz. Eine geringere notwendige Vorspannung erleichtert es, die gesamte Konstruktion mit wenig Masse auszulegen.
Die geplante Reflektorantenne sollte einen Durchmesser von 1,4 Metern erreichen und aus insgesamt elf solchen Segmenten bestehen. Das war das Ziel des Demonstrators, nicht das Ergebnis des gesamten Flugs. Wegen der begrenzten Missionszeit konnte das Team nur den Anfang der Struktur bauen. Die beiden bereits vorgefertigten Abschnitte wurden ausgeschoben und ein weiterer Abschnitt im Orbit montiert; die vollständige Antenne entstand nicht. Caltech geht davon aus, dass die Mission vor ihrem Ende im Dezember nicht mehr alle vorgesehenen Segmente fertigstellen wird. Der Nachweis betrifft deshalb einen klar umrissenen Montageschritt und nicht den vollständigen Bau einer einsatzbereiten Großantenne.
Während des gesamten Versuchs blieben die Menschen am Boden Teil des Arbeitsablaufs. Charles Sommer, Alan Truong und Tara Venkatadri gehörten zu den Teammitgliedern, die die Befehle für die Montage übermittelten. Die Ergebnisse kontrollierten sie anhand von Fotos, die ASTRA aus dem Orbit zur Erde schickte. An Bord befanden sich dafür elf Kameras. Die Ingenieure konnten allerdings nicht jederzeit mit der Nutzlast kommunizieren: Pro Tag standen ihnen nur etwa sieben bis acht Funkfenster zur Verfügung, die jeweils ungefähr 15 Minuten dauerten. Zwischen zwei Kontakten musste das System die vorgesehenen Schritte ausführen, ohne dass ein Bediener jede einzelne Bewegung unmittelbar korrigieren konnte.
Gerade deshalb war die Vorbereitung auf der Erde entscheidend. Das Caltech-Team hatte einen baugleichen Zwilling als Flugersatzmodell im Labor. Wenn die Bordkamera ein Problem erkennen ließ, versuchten die Ingenieure, denselben Fehler mit diesem zweiten Aufbau nachzustellen. Anschließend prüften sie mögliche Lösungen am Boden und übermittelten eine angepasste Vorgehensweise an die Nutzlast im Orbit. Der Ansatz verbindet automatisierte Bewegungen mit menschlicher Fehleranalyse: Der Roboter erledigt die wiederkehrenden mechanischen Handgriffe, während das Team ungewöhnliche Situationen bewertet und die nächsten Befehle festlegt. Die begrenzten Funkkontakte machten eine solche Arbeitsteilung notwendig.
Die Schwierigkeiten waren nicht nur technischer Natur. Auf der Erde lassen sich Bauteile unter kontrollierten Bedingungen lagern, ausrichten und wiederholt testen. Im Weltraum verändern Schwerelosigkeit, Temperaturwechsel und die fehlende Möglichkeit, eine lose Komponente einfach auf eine Werkbank zu legen, die Randbedingungen. Caltech-Forscher Jaden Suh beschrieb, dass es im All viele kleine Überraschungen gebe, die bei einem Versuch am Boden nicht in gleicher Weise auftreten. Die Arbeitsweise mit dem Flugersatzmodell erlaubte es dem Team, Probleme nachzustellen, ohne die eigentliche Nutzlast für jede Änderung zurückholen zu müssen. ASTRA zeigte damit nicht nur, dass ein Roboter ein Segment verbinden kann, sondern auch, wie eine solche Montage aus der Ferne vorbereitet und korrigiert werden muss.
Bislang setzt die Größe von Raumfahrtstrukturen eine Grenze, die bereits vor dem Start entsteht: Eine Rakete kann nur das transportieren, was in ihre Nutzlastverkleidung passt. Große Bauteile müssen deshalb entweder so konstruiert sein, dass sie sich für den Start zusammenfalten und im Orbit wieder entfalten lassen, oder sie werden in mehreren Starts als größere Einzelteile angeliefert und anschließend von Astronauten oder anderen Systemen zusammengefügt. Beide Wege schränken die Konstruktion ein. Faltmechanismen brauchen Gelenke und Entfaltungssysteme, während eine Montage aus großen Einzelteilen mehrere Transporte und zusätzliche Arbeit im All voraussetzt.
Der dritte Weg besteht darin, kompakte Rohteile oder Bauelemente zu starten und die eigentliche Struktur erst im Orbit aufzubauen. Das könnte Konstrukteuren mehr Freiheit bei Durchmesser, Länge und Form geben, weil die fertige Struktur nicht mehr durch die Abmessungen einer einzelnen Raketenverkleidung passen muss. Besonders interessant ist das für Anwendungen, bei denen eine große Fläche oder Öffnung entscheidend ist. Ein Weltraumteleskop könnte von einem größeren Spiegel profitieren, eine Funkantenne von einer größeren Empfangsfläche. Auch großflächige Solarmodule für weltraumgestützte Kraftwerke, Depots oder Habitate zählen zu den langfristig denkbaren Einsatzfeldern. Die Technik ist dafür noch nicht fertig, doch der Montageschritt im Orbit ist eine Voraussetzung, um solche Entwürfe überhaupt weiterzuverfolgen.
Wie relevant große Flächen für künftige Energiesysteme im All sein können, zeigen bereits andere Raumfahrtvorhaben. Japan verfolgt mit der OHISAMA-Mission beispielsweise das Ziel, Solarstrom aus dem Erdorbit per Mikrowelle zur Erde zu übertragen. Für solche Konzepte müssen Solarmodule und Antennen nicht nur zuverlässig arbeiten, sondern auch in einer geeigneten Größe in den Orbit gelangen. Eine Montage vor Ort könnte langfristig helfen, größere Flächen zu errichten, als sie sich zusammengefaltet in einer Raketenverkleidung unterbringen lassen. ASTRA hat diese Anwendung nicht erprobt; die Verbindung ergibt sich aus dem möglichen Nutzen großer, leichter Strukturen.
Auch die NASA hatte bereits Konzepte für robotische Arbeiten im Orbit verfolgt. Dazu gehörte ein Wartungssystem, das Satelliten betanken und mit einem zusätzlichen Roboter eine Antenne aus Einzelteilen montieren sollte. Das damalige Vorhaben zur robotischen Tankstelle im Weltraum zielte auf Wartung und Montage in einem anderen technischen Rahmen. ASTRA unterscheidet sich dadurch, dass der Roboter eine Fachwerkstruktur aus Streben und Gelenken im Orbit neu zusammensetzte. Der Versuch knüpft damit an eine länger verfolgte Idee an, liefert aber einen eigenen Nachweis für die automatisierte Montage eines Bauteils.
Die DARPA startete das Programm NOM4D im Jahr 2022. Die Abkürzung steht für „Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design“. Das Programm soll Verfahren entwickeln, mit denen große Strukturen effizient im Weltraum hergestellt oder montiert werden können. ASTRA war eines von zwei Vorhaben, die bis zur dritten Programmphase mit Demonstrationen im Orbit gelangten. Die Behörde erläutert den Erfolg in ihrer Mitteilung zum automatisierten Zusammenbau im Weltraum. Andrew Detor, der NOM4D-Programmmanager, meint mit „sehr großen“ Strukturen ausdrücklich Dimensionen von Hunderten Metern oder sogar Kilometern. „Nichts, was dieser Größenordnung nahekommt, lässt sich heute erreichen“, sagte er. Die Aussage beschreibt die Lücke, die das Programm langfristig schließen will, nicht eine Größe, die ASTRA bereits gebaut hätte.
Die DARPA beschreibt den Entwicklungsweg als ungewöhnlich schnell. Detor erklärte: „Von der Idee einer Demonstration im Orbit bis zum Start eines funktionsfähigen Prototyps ins All vergingen 15 Monate.“ Das Programm war zunächst nicht auf eine solche Weltraumdemonstration ausgerichtet. Als die Ergebnisse der vorherigen Entwicklungsphase vielversprechend ausfielen, änderte die Behörde den Schwerpunkt der letzten Phase und setzte auf einen Test im tatsächlichen Einsatzumfeld. Die Behörde sieht den Flug nicht als Endpunkt, sondern als Anfang für weitere Konstruktionen, die eigens für den Aufbau und Betrieb im Weltraum entworfen werden.
Caltech-Forscher Pellegrino sieht den Bedarf für solche Verfahren dort, wo herkömmliche Falt- und Entfaltungskonzepte an ihre Grenzen stoßen. „Sobald Strukturen nicht mehr am Boden vorgefertigt und anschließend entfaltet werden können, muss man darüber nachdenken, sie im Weltraum zu bauen“, sagte er. ASTRA hat diese Größenordnung noch nicht erreicht: Der Demonstrator blieb klein und die geplante Antenne unvollständig. Der Versuch belegt einen Montageschritt im Orbit, nicht bereits die Fertigung von Strukturen mit Hunderten Metern oder Kilometern Ausdehnung.
Das zweite NOM4D-Projekt wird von der University of Illinois Urbana-Champaign geleitet. Es verfolgt einen anderen Ansatz als Caltech: Auf der Internationalen Raumstation soll ein spezielles Harzsystem für Verbundwerkstoffe unter Weltraumbedingungen aushärten. Dabei geht es um die Verarbeitung eines Materials und nicht um das Zusammenfügen vorgefertigter Streben zu einem Fachwerk. Das Harz soll eine energieeffiziente Polymerisation ermöglichen, aus der eine hochfeste Verbundstruktur entsteht. Beide Vorhaben untersuchen damit unterschiedliche Schritte einer möglichen Fertigung im All.
Titelbild: Aufnahme einer Bordkamera der ASTRA-Nutzlast im Erdorbit, Caltech/Momentus, Caltech, zugeschnitten.
California Institute of Technology, Caltech Robotic Space Demo Successfully Builds in Space
Defense Advanced Research Projects Agency, NOM4D program demonstrates automated in-space assembly
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