Wenn das Orion-Raumschiff im Rahmen der Artemis II-Mission den Mond umrundet hat und zur Erde zurückkehrt, übernehmen Systeme die Orientierung, die selbst unsichtbar bleiben: Sternsensoren. Sie lesen den Sternenhimmel wie eine Karte und bestimmen daraus hochpräzise die Lage im Raum. Ohne sie wäre Navigation im All kaum denkbar. Dass diese Schlüsseltechnologie auch Wurzeln in Ilmenau hat, die Jahrzehnte zurückreichen, daran erinnern sich Prof. Franz Schmidt, Privatdozent Dr. Karl-Heinz Franke und Prof. Gerhard Linß, ehemalige Wissenschaftler der TU Ilmenau.
„Wir haben damals Neuland betreten“
Mitte der 1970er Jahre arbeiteten an der Technische Universität Ilmenau – damals noch Technische Hochschule – Wissenschaftler wie PD Dr. Karl-Heinz Franke und Prof. Franz Schmidt an einem Thema, das seiner Zeit voraus war: digitale Bildverarbeitung für technische Anwendungen.
In enger Kooperation mit dem damaligen Kombinat Carl Zeiss Jena entstand ein interdisziplinärer Ansatz, der bis heute prägend ist: „Wir haben damals Neuland betreten. Bildverarbeitung war kein etabliertes Fachgebiet, sondern ein Experimentierfeld“, erinnert sich Prof. Gerhard Linß.
Während in Ilmenau die Grundlagen für CCD-Sensoren, die das einfallende Licht in digitalen Kameras in elektronische Signale umwandeln, und algorithmische Auswertung gelegt wurden, brachte Zeiss die optische Präzision ein. Erst im Zusammenspiel entstand das, was moderne Sternsensoren ausmacht: das perfekte Zusammenspiel von Optik, Sensorik und intelligenter Datenverarbeitung.
Ein globaler Wettlauf – auch in Europa
Die Entwicklungen in Ilmenau und Jena standen dabei nicht isoliert. Weltweit begann ein technologischer Wettlauf um die Navigation im All. In den USA trieben die NASA, das Massachusetts Institute of Technology und die Stanford University die Forschung voran, in Europa engagierte sich die European Space Agency gemeinsam mit Universitäten wie München und Delft.
Und auch im Rahmen des Interkosmos-Programms wurde bei Zeiss intensiv geforscht. Trotz politischer Systemgrenzen verlief der Fortschritt nahezu parallel, erinnert sich Prof. Linß:
Der eigentliche Durchbruch kam überall etwa zur gleichen Zeit, Ende der 1970er bis Mitte der 1980er Jahre – als mit den CCD-Bildsensoren, digitalen Rechnern und neuen Rechenprogrammen zur Mustererkennung intelligente und autonom arbeitende Sternsensoren für die Weltraumnavigation entwickelt wurden.
Ilmenau als Talentschmiede
In Ilmenau wurde diese Entwicklung nicht nur erforscht, sondern auch gelehrt. Bereits ab 1974 etablierte die Hochschule Lehrveranstaltungen zur Bildverarbeitung und das Studienmodell „Technische Erkennung“.
„Das war ein außergewöhnlich praxisnahes Konzept“, erinnert sich Linß.
Es wurden Studierende gezielt für ein Gebiet ausgebildet, das es in dieser Form bisher nicht gab.
In Zusammenarbeit mit Carl Zeiss Jena wurden Jahr für Jahr Spezialistinnen und Spezialisten qualifiziert, die später entscheidend zur Weiterentwicklung der Technologie beitrugen. Ilmenau wurde so zu einem frühen Zentrum der Bildverarbeitung.
Vom Forschungslabor in die Raumfahrt
Die Verbindung zwischen Hochschule und Industrie blieb über Jahrzehnte eng. Ende der 1980er Jahre wechselte Karl-Heinz Franke in die Industrie, um die Umsetzung der Forschungsergebnisse voranzutreiben.
Nach der Wiedervereinigung setzten sich die Kooperationen mit der Jenoptik AG und später mit der Jena-Optronik GmbH fort.
Viele Absolventinnen und Absolventen der Technische Universität Ilmenau fanden ihren Weg zu Carl Zeiss und zur Jena-Optronik GmbH – einige bis in leitende Positionen. „Man konnte sehr konkret sehen, wie aus wissenschaftlichen Ideen industrielle Produkte wurden“, so Linß.
Präzision für den Flug zum Mond
Heute zählen die Sternsensoren der Jena-Optronik GmbH zu den genauesten der Welt. In der Artemis II-Mission steuern zwei dieser Systeme, hochpräzise ASTRO APS Sternsensoren, das Orion-Raumschiff sicher durch den Weltraum.
Sie arbeiten mit einem digitalen Sternenkatalog, erfassen Sternbilder mit hochsensiblen Sensoren und gleichen diese in Echtzeit mit gespeicherten Mustern ab. Daraus ergibt sich eine präzise Orientierung – unabhängig von Funkverbindungen zur Erde.
Prof. Linß ist überzeugt: Dass diese Technologie heute so zuverlässig funktioniert, ist auch ein Ergebnis der Ilmenauer Grundlagenforschung aus den 1970er und 1980er Jahren.
Forschung mit Zukunft
Die industrielle Bildverarbeitung ist bis heute ein zentrales Forschungsfeld an der Technische Universität Ilmenau geblieben. Unter der Leitung von Prof. Gunther Notni knüpfen neue Entwicklungen in der präzisen, multispektralen und multimodalen sowie 3D-Bildverarbeitung und der Objekterkennung, die sich auch in einem umfangreichen Lehrangebot mit Vorlesungen, Praktika und Übungen wiederfinden, an die Tradition an – und öffnen zugleich den Blick in die Zukunft.
Die Geschichte der Sternsensoren zeigt, wie langfristig Forschung wirkt: Was in Ilmenau einst als visionäre Idee begann, ist heute Teil modernster Raumfahrttechnik.
Oder, wie es Prof. Linß formuliert:
Viele der Grundlagen, die damals von Ilmenauer Wissenschaftlern gelegt wurden, leben heute in Systemen weiter, die beispielsweise den Menschen zum Mond bringen.