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Satelliten navigieren ohne GPS mithilfe anderer Weltraumobjekte
Satelliten können ihre eigene Umlaufbahn auch ohne GPS bestimmen, indem sie andere Objekte im Orbit als optische Wegmarken nutzen. Das Verfahren Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation (FALCON) hat dieses Prinzip nun an Bord der Starling-Mission der National Aeronautics and Space Administration (NASA) im All demonstriert und zugleich Bahndaten von mehr als 200 Objekten autonom verbessert.
Moffett Field (U.S.A.). Satelliten in Erdnähe bestimmen ihre Position meist mithilfe des Global Positioning System (GPS) oder anderer globaler Navigationssatellitensysteme, doch für Missionen fern der Erde oder bei gestörten Signalen ist diese Abhängigkeit problematisch. Ein alternatives Verfahren nutzt deshalb nicht Funksignale, sondern die Position anderer bekannter Objekte im All.
Die Idee ähnelt der Orientierung an Landmarken. Eine Bordkamera erfasst Satelliten oder Weltraumschrott, während die Software ihre Blickrichtungen mit einem Katalog bekannter Umlaufbahnen abgleicht, daraus die eigene Position errechnet und zugleich neue Beobachtungen zur Verbesserung der Bahndaten nutzt.
Forscher der Stanford University haben FALCON zunächst in einer technischen Vorarbeit entwickelt und anhand von Flugdaten der Starling-Mission in einer realitätsnahen Simulation geprüft, wobei die Arbeit als Preprint vorliegt und nicht als regulär peer-reviewter Fachartikel ausgewiesen ist. Für den Test verwendete das Team nachträglich ausgewertete Navigationsdaten und einen Katalog mit 21.200 Weltraumobjekten.
Die Simulation erzeugte daraus realistische Kamerabilder und prüfte, ob FALCON gesehene Objekte ohne vorherige Kenntnis der eigenen Umlaufbahn richtig zuordnen kann, wobei drei aufeinanderfolgende Beobachtungen ausreichten, um aus dem anfänglichen Orientierungsverlust heraus eine Lösung zu finden. Sobald eine ungefähre Beobachterposition verfügbar war, identifizierte der Zuordnungsalgorithmus 88 Prozent der geeigneten Objektbeobachtungen korrekt.
Aus mehreren Bildzeitpunkten ließ sich anschließend eine erste eigene Umlaufbahn bestimmen und schrittweise verfeinern, wobei die Schätzung in der anspruchsvollen Standardsimulation innerhalb einer Umlaufbahn konvergierte. Im eingeschwungenen Zustand lagen die Positionsfehler bei ungefähr 200 Metern radial und quer zur Bahn, in Flugrichtung aber bei rund zwei Kilometern.
Die spätere Flugerprobung ging über diese Simulation hinaus, denn nach Angaben der NASA lief FALCON auf Starling mit einem Bordkatalog von rund 20.000 Weltraumobjekten. Die Kameras erfassten andere Satelliten und Trümmerteile, die Software identifizierte sie anhand des Katalogs und nutzte sie als Bezugspunkte für die eigene Bahnbestimmung.
EraDrive berichtet für die 2026 demonstrierte alternative Positionsbestimmung in niedriger Erdumlaufbahn von mittleren Positionsfehlern unter 100 Metern. Dieser Wert stammt aus der technischen Missionsdarstellung des Unternehmens und nicht aus dem 2025er Preprint. In einem separaten Versuch verbesserte FALCON außerdem den Bordkatalog selbst.
Innerhalb von drei Tagen präzisierte das System laut NASA die bekannten Umlaufbahnen von mehr als 200 Objekten ohne Eingriff vom Boden. EraDrive gibt für den Vergleich mit Starlink-Ephemeriden an, dass die Online-Korrektur Positionsfehler gegenüber den Bahnelementen von Space-Track um 50 Prozent verringerte.
Damit verbindet FALCON Navigation und Weltraumlageerfassung in einem System. Vorhandene Sternsensoren werden nicht nur zur Bestimmung der Ausrichtung genutzt, sondern liefern zusätzliche Messungen für die eigene Bahn und für andere Objekte.