Forschende der Universität Bielefeld haben einen bahnbrechenden Ansatz zur Planung von Raumfahrtmissionen entwickelt, der auf die optimale Besuchsreihenfolge von mehreren Himmelskörpern abzielt. Dieser exakte mathematische Lösungsansatz, der im INFORMS Journal on Computing veröffentlicht wurde, könnte nicht nur die Effizienz von Weltraummissionen steigern, sondern auch Anwendung in Verkehrs- und Logistiksystemen auf der Erde finden.
Das Projekt, unter der Leitung von Professor Dr. Michael Römer sowie einem internationalen Team, konzentriert sich insbesondere auf das sogenannte Asteroid Routing Problem. Dies stellt die Herausforderung dar, die optimale Reihenfolge für Raumsonden zu bestimmen, während Flugzeiten und Treibstoffverbrauch minimiert werden. Dabei ist die Komplexität der Planung besonders hoch, da sich die Himmelskörper ständig bewegen und die Routenplanung somit erschwert wird. Der ursprüngliche Impuls für die Studie kam nach einem Erfolg bei einem Wettbewerb der Europäischen Weltraumorganisation ESA.
Mathematische Innovationen
Der Erstautor Isaac Rudich und sein Team verwendeten Decision Diagrams, um eine strukturierte Analyse großer Lösungsansätze durchzuführen. Zudem wurde eine spezielle Suchmethode eingesetzt, um vielversprechende Lösungen gezielt einzugrenzen. Ein entscheidendes Teilproblem in diesem Kontext ist das sogenannte Lambert-Problem, das sich mit der Berechnung optimaler Flugbahnen zwischen beweglichen Objekten beschäftigt.
Tests des entwickelten Verfahrens haben gezeigt, dass es in der Lage ist, mehrere optimale Lösungen zu liefern und neue Vergleichswerte für zukünftige Forschungen bereitzustellen. Diese Fortschritte könnten nicht nur die Planung im Raumfahrtsektor revolutionieren, sondern auch bei realen Planungsgestaltungsproblemen wie Busverbindungen, Lieferketten oder Schifffahrtsrouten Anwendung finden. Professor Dr. Michael Römer hebt die Verbindung zwischen wissenschaftlichem Durchbruch und praktischer Anwendbarkeit hervor, was die Relevanz der Forschung unterstreicht.
Nachhaltige Weltraumlogistik
Ein weiterer Aspekt der Weltraumlogistik befasst sich mit der nachhaltigen Erschließung des Weltraums durch zirkuläre Logistik- und Produktionsketten, wie im Projekt an der TU Dortmund beschrieben. Hierbei geht es darum, das Explorationspotenzial von Weltraummissionen zu maximieren, unter Berücksichtigung effizienter Fahrzeugnutzung und optimierter Prozessgestaltung.
Wichtige Aspekte des Projekts umfassen den Aufbau von Depots, Hubs und Tankstellen im Weltraum sowie die Übertragung bewährter logistischer Konzepte von der Erde auf extraterrestrische Logistik. Kooperationspartner wie das DLR_School_Lab sind maßgeblich an der Forschung beteiligt und unterstützen Studierende dabei, aktuelle Herausforderungen und Konzepte der Weltraumlogistik zu analysieren.