SAN FRANCISCO – Als Gruppe haben sich die kostengünstigen Wissenschaftsmissionen der NASA deutlich verbessert.

„Im Laufe der Jahre wurden Lehren gezogen, die geholfen haben“, sagte Charles Norton, stellvertretender Cheftechnolog von NASA Jet Propulsion Laboratory. „Am Anfang gab es viele Misserfolge. Die Gemeinschaft hat sich selbst auf die Beine geholfen, um erfolgreich zu werden.“

Tatsächlich haben kostengünstige, risikobereite Class-D-Kleinsatellitenmissionen, die nicht mehr als 150 Millionen US-Dollar kosten, „transformative Wissenschaft betrieben“, sagte Florence Tan, stellvertretende Cheftechnolog des NASA Science Mission Directorate.

TEMPEST-D und RAINCube, zum Beispiel Cubesats, die 2018 im Abstand von wenigen Minuten von der Internationalen Raumstation ausgestoßen wurden, lieferten Daten für das erste nahezu Echtzeit-3D-Modell der Sturmentwicklung, sagte Norton. (TEMPEST-D steht für Temporal Experiment for Storms and Tropical Systems – Demonstration. RAINCube ist die Abkürzung für Radar in a Cubesat.)

Angesichts des Erfolgs der jüngsten Class-D-Missionen hat das Science Mission Directorate der NASA eine Gruppe von Experten zusammengestellt, um herauszufinden, ob sich Lehren auf große Missionen übertragen lassen.

„Wir haben einen Schritt zurückgetreten und gesagt: ‚Betrachten wir das als Experiment‘“, sagte Carolyn Mercer, Cheftechnolog des NASA Science Mission Directorate. „Ich bin froh, dass wir das getan haben, denn es gibt viel zu lernen.“

Die Studie „Small Missions, Big Lessons“, die im Juli auf der AIAA ASCEND-Konferenz in Las Vegas vorgestellt wurde, identifizierte Geheimnisse des Erfolgs der jüngsten Class-D-Missionen, die auf große Wissenschaftsmissionen angewendet werden könnten. Die Führungskräfte des Science Mission Directorate wurden im August über die Studie informiert.

Die Studie empfiehlt die Einrichtung kleiner, interdisziplinärer Teams.

„Es gibt viel schnelle und offene Kommunikation, die sich aus der Arbeit in diesen Teams ergibt“, sagte Norton. „Im Allgemeinen haben alle Mitglieder ein breites systemweites Bewusstsein für alle Aspekte der Mission. Das trägt zu einer schnellen Entscheidungsfindung bei und verbessert die Rechenschaftspflicht.“

Aufgrund begrenzter Ressourcen „sind kleine Missionen effektiver darin, Menschen bedarfsgerecht einzusetzen, anstatt eine stehende Armee zu unterhalten“, sagte Mercer. „Große Missionen haben viele Subsysteme und wir brauchen viele Leute. Zumindest in dieser Klasse ist es unsere Praxis, dass wir, wenn wir diese Leute irgendwann im Verlauf der Mission brauchen, sie für die gesamte Dauer der Entwicklung in dieser Mission behalten.“

Die Studie schlägt vor, die Anforderungen auf diejenigen zu beschränken, die einen Mehrwert schaffen.

„Typischerweise haben Sie bei viel größeren Missionen eine Checklistenmentalität“, sagte Norton. „Anstatt zu versuchen, eine Anforderung zu entfernen, tun Sie alles, was für die Checkliste notwendig ist. Eine der Empfehlungen ist, die Festlegung schlankerer Anforderungen, auch für Missionen der Klasse C, zum Beispiel basierend auf den maßgeschneiderten Linien der kleinen Missionen, zu untersuchen.“

„Wir haben COTS-Teile, die bereits geflogen sind“, sagte Tan. „Gibt es in solchen Fällen eine Möglichkeit, die Anforderungen an die Dokumentation für diese Teile zu reduzieren?“

Das NASA Engineering and Safety Center hat empfohlen, ein Parts Evaluation and Assessment Laboratory (PEAL) mit Fachexperten einzurichten, die bei der Auswahl und Abnahme von Teilen beratend tätig sein könnten.

Selbst wenn diese Organisation existieren würde, würden Missionsmanager weiterhin Teile inspizieren und Komponententests auf integrierter Ebene durchführen. Aber PEAL könnte helfen, indem es die „Leistungseigenschaften von Teilen für Weltraummissionen“ bewertet, sagte Norton.

Bei Class-D-Missionen neigen Manager dazu, Risiken zu identifizieren und sie täglich zu mindern. Im Gegensatz dazu verbringen Manager von großen Missionen oft viel Zeit mit der Betrachtung von Entwicklungsrisiken.

Wenn kleine Missionen ein Problem identifizieren, aber die Ursache nicht genau feststellen können, können sie das Risiko möglicherweise während der operativen Phase der Mission mindern. „Manchmal hat uns das erlaubt, mit der Integration und dem Start fortzufahren, um unseren Zeitplan und unser Kostenprofil zu halten, ohne den Missionserfolg zu riskieren“, sagte Norton.

Bei Class-D-Missionen sind die Prüfgremien „typischerweise klein und es gibt keine ‚Gotcha‘-Mentalität“, sagte Mercer. „Die Prüfer sind da, um dieser Mission zum Erfolg zu verhelfen, während sie gleichzeitig unabhängig sind. Sie teilen Erfahrungen und geben Anleitungen.“

Prüfer für große Missionen „konzentrieren sich manchmal mehr auf die Compliance“, sagte Mercer. Unterstützungsbasierte Prüfgremien könnten „informellere Expertise liefern und Vertrauen im Projekt aufbauen.“

Class-D-Missionen „identifizieren maßgeschneiderte Dokumente, die wirklich benötigt werden“, sagte Mercer. „Größere Missionen erstellen Dokumentationen, die oft nicht referenziert werden. Wer liest sie?“

Übermäßige Dokumentationsanforderungen können unbeabsichtigte Folgen haben, wie z. B. die Aufforderung an Entwickler, „die Arbeit bis zu vier Monate vor einer Lebenszyklusprüfung einzustellen, damit sie alle Designs einfrieren können, um sicherzustellen, dass alle Dokumentationen konsistent sind“, sagte Mercer.

SMD-Kleinsatelliten-Wissenschaftsmissionen „erlangen routinemäßig hochwertige wissenschaftliche Daten zu stark reduzierten Kosten“, so das Fazit des Berichts. Durch die Übernahme einiger Praktiken der Kleinsatellitenmissionen könnten größere Wissenschaftsmissionen „die Kosten senken und gleichzeitig die Qualität erhalten.“