LONDON (IT BOLTWISE) – Wenn bei einer Mission zu weit entfernten Zielen Navigationssysteme ausfallen, wird die Rückkehr zur Navigation „aus dem Handgelenk“ relevant. Die NASA testet dafür seit Jahren einen handgehaltenen Sextanten als Notfall-Backup, der die Position über den Blick auf Sterne bestimmen kann. Ergänzend kommt auf dem Orion-Raumschiff eine optische Navigation per Kamera zum Einsatz, die Sterne und Planeten auswertet. In einer ISS-Übung zeigten Astronauten 2018, dass das manuelle Verfahren im Notfall zuverlässig genug sein kann und in Mikrogravitation sogar besonders gut bedienbar ist.
Man stelle sich vor, alle gewohnten Sensoren und Funksignale schweigen plötzlich: keine Satellitenkorrekturen, kein Boden-Tracking, keine automatische Flugrechner-Strecke. Genau in solche Szenarien hinein passt eine Technik, die auf den Seefahreralltag zurückgeht und dennoch in aktuellen Raumfahrtarchitekturen auftaucht: der Sextant. Er misst den Winkel zwischen Himmelskörpern und lässt sich damit zur Positionsbestimmung nutzen. Für weit entfernte Missionen ist das mehr als Nostalgie – denn selbst hochentwickelte Navigation stützt sich langfristig auf Referenzen, die bei einem Ausfall nur dann noch verfügbar bleiben, wenn Astronauten sie selbst „sehen“ können. Im Kontext der Artemis-Programme wird deshalb sowohl die klassische Handmethode als auch die moderne kamera-gestützte Variante als mehrschichtiges Sicherheitskonzept betrachtet.
Technisch betrachtet beruht der Sextant auf Geometrie: Ein Messfenster erlaubt, die Ausrichtung zu einem Stern mit der Ausrichtung zu einem weiteren Bezug – etwa einem Planeten – zu koppeln, daraus ergibt sich ein Winkel. Mit den Winkeln lassen sich Bahndaten und Kurskorrekturen ableiten, weil die relativen Positionen der Himmelskörper vorhersagbar sind. Die NASA verweist dabei auf einen Grund, der für Deep-Space-Flüge besonders stark wiegt: Je weiter sich eine Mission von der Erde entfernt, desto geringer wird die praktische Abhängigkeit von erdgebundenen Navigationshilfen und die Möglichkeit, komplexe Korrekturen in Echtzeit nachzureichen. Greg Holt, Navigation System Manager für Orion und Artemis, beschreibt genau diesen Wandel: Man muss dann vermehrt auf „klassische“ Navigationsmethoden zurückgreifen, die historisch im 16., 17. und 18. Jahrhundert ohne Satellitenhilfe funktioniert haben. Die Lernkurve endet nicht bei der Bedienung des Instruments; gefragt sind auch Mathematik und Geometrie, weil die Auswertung der Winkel die Grundlage für die Entscheidung „wo bin ich“ liefert.
Damit das im Notfall nicht nur theoretisch klappt, hat Holt mit seinem Team 2018 auf der Internationalen Raumstation (ISS) einen praxisnahen Test durchgeführt. Zwei Astronauten – Serena Auñón-Chancellor und Alexander Gerst – sollten einen handgehaltenen Sextanten mit bloßem Auge und einer ruhigen Hand bedienen. Der Fokus lag auf einem realistischen Ernstfall-Use-Case: Wenn die Kommunikation abbricht, fällt auch der Funkkanal weg, der die Raumfahrer üblicherweise mit Navigationsunterstützung versorgt. In diesem Moment soll die Fähigkeit zählen, aus Himmelsbeobachtung eine eigene Positionsabschätzung zu gewinnen. Laut dem Bericht waren die Ergebnisse so genau, dass das manuelle Verfahren als Weg zur Heimkehr in einer Notsituation plausibel erschien. Interessant ist außerdem der ergonomische Aspekt: Die Astronauten empfanden den Sextanten in Mikrogravitation als komfortabel – und damit sogar als einfacher zu handhaben als auf der Erde. Holt erklärt zudem, dass der Raumfahrt-Sextant nicht „unverändert“ übernommen wurde: Die Kanten sind abgerundet, um unbeabsichtigte Beschädigungen zu vermeiden, und eine Klettlösung hilft, das Gerät an einer Wand zu fixieren, damit es im freien Schwebezustand nicht wegdriftet.
Auf dem Orion-Raumschiff läuft parallel eine High-Tech-Backup-Strecke. Dort kommt eine optische Navigation zum Einsatz: Eine Kamera erfasst Sterne und Planeten im Umfeld und nutzt Bildverarbeitung, um Winkelbeziehungen zu berechnen – etwa Winkel zwischen Sternen, zwischen Sternen und Planeten sowie Informationen über den Durchmesser eines Planeten. Diese Messwerte werden anschließend genutzt, um Kurskorrekturen automatisch vorzubereiten. Laut Holt dient das System als Rückfallebene, falls sowohl die Kommunikation als auch die bodengestützte Navigation ausfallen. Während der Artemis-Missionen werde die optische Navigation typischerweise etwa einmal pro Tag aktiviert, um Betriebszustand und „Gesundheit“ des Systems zu prüfen, zugleich aber auch Bildmaterial und Performance-Daten für das Engineering-Team zu sammeln. Zusätzlich wirkt sie als Abgleich („Cross-Check“) gegenüber Lösungen, die auf Tracking-Daten von der Erde beruhen. Und genau hier wird das Zusammenspiel sichtbar: Wenn die Kameras oder die Auswertelogik des High-Tech-Systems versagen, soll der manuelle Sextant die Kette schließen.
Ob der handgehaltene Notfallsextant dabei permanent an Bord ist oder erst im letzten Moment vorbereitet wird, hängt von der Missionsplanung ab. Holt sagt, dass der Sextant beim Orion-Profil nicht routinemäßig mitgeführt wird, weil jeder zusätzliche Gramm Masse bei Raumflügen zählt. Für Artemis II im April wurde jedoch ein entsprechendes Notfallgerät vor dem Start bereitgehalten, und falls es auf dem letzten Stand der technischen Tests Probleme mit den Kameras der optischen Navigation gegeben hätte, sollte das manuelle Gerät kurzfristig ins Raumschiff gelangen. Damit bleibt die Sicherheitslogik zwar flexibel, die Ausbildung aber bleibt konstant: Bereits vor dem Flug trainieren die Teams weitere „naked-eye“-Methoden. Eine genannte Option ist es, Zeitpunkte zu nutzen, in denen bestimmte Sterne hinter der Erde oder dem Mond „verschwinden“, um daraus als groben Indikator eine Positionsabschätzung abzuleiten. Auch historische Beispiele aus der bemannten Raumfahrt illustrieren, warum solche Skills mehr als theoretisches Training sind: In den frühen Missionen wurde der Sextant bereits erfolgreich in Routine- und Notfallsituationen eingesetzt, etwa bei Radarproblemen oder in Situationen, in denen Kursdaten anders als geplant gewonnen werden mussten.
Für die Zukunft der Exploration nach vorn, bis hin zu Marsmissionen, bleibt der Kern gleich: Sterne als Referenzpunkte, Vergleich von Objekten relativ zu diesen Sternen und geometrische Beziehungen zur Positionsbestimmung. Holt erweitert die Perspektive: Neben „klassischen“ Sternen und bekannten Konstellationen könnten für die Navigation auch Asteroiden eine Rolle spielen. Das Vorgehen wäre dann stärker prozedural: Man würde erwarten, dass ein Asteroid zwischen zwei ausgewählten „Kopfsternen“ liegt, ihn visuell identifizieren, die Messung durchführen und die Ergebnisse mit den Erwartungen vergleichen. Wenn die Winkel nicht passen, folgt daraus eine korrigierte Bahn – nicht über Magie, sondern über wiederholte Geometrie und Kursrechnung. Entscheidend ist dabei, dass alte und neue Techniken nicht gegeneinander stehen. Moderne optische Systeme liefern präzise Messwerte schnell und automatisiert; der Sextant liefert im Ausfallfall eine unabhängige Referenzmethode. Genau diese Verbindung aus jahrhundertealter Himmelsnavigation und aktueller Raumfahrttechnik macht das Thema so praxisnah – und zugleich so lehrreich für Ingenieurteams, die beim Entwickeln der High-Tech-Systeme bewusst verstehen wollen, „woher“ die Mathematik kommt.
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