STARFAB: Orbitales Warehouse für In Space Operations and Services (ISOS)

Im Projekt STARFAB entsteht im Rahmen von Horizon Europe ein Konzept für ein orbitales, automatisiertes Warehouse als zentrale Infrastruktur für OSAM (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing) und ISOS (In-Space Operations and Services). Im Fokus steht eine Warehouse Unit, die in Mikrogravitation Güter und Ressourcen zuverlässig, sicher und skalierbar lagern, transferieren und inspizieren kann. Laufende Manipulatoren und automatisierte Lagertechnik sollen Komponenten, Materialien, Treibstoffe und Wasser für Montage, Reparatur, Nachbetankung und Recycling im All bereitstellen.

»Ein orbitales automatisiertes Warehouse bildet eine zentrale Infrastruktur für Lagerung, Wartung, Inspektion, Nachbetankung, Tests, Recycling, Assembly und Manufacturing im All.«
Niklas Ullrich, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IML in Dortmund

Innerhalb von STARFAB wird ein Konzept für eine automatisierte Warehouse Unit im Orbit entwickelt. Diese Einheit dient als Depot für Komponenten, Materialien, Treibstoffe und Wasser, die für On-Orbit-Servicing, Montage, Tests und Recycling benötigt werden. Ein internes Item Handling System bewegt standardisierte Lagerbehälter zwischen definierten Lagerpositionen, ein Item Transfer System übergibt sie an angedockte Raumfahrzeuge oder weitere Einheiten. Die Lagertechnik orientiert sich an shuttlebasierten Systemen der Intralogistik und wird gezielt für Mikrogravitation ausgelegt.

Für den Transfer von Gütern sowie für Inspektion und leichte Wartung sollen relocierbare Roboterarme genutzt werden. Ein Walking-Manipulator übernimmt zentrale Transferaufgaben an der Außengrenze der Warehouse Unit; seine Antriebs- und Gelenkkomponenten werden so weiterentwickelt und erprobt, dass sie die Anforderungen künftiger Weltraummissionen erfüllen. Ergänzend entsteht ein mobiles Inspektionsmodul mit Kamera, 3D-Laserscanner und Wärmebildsensorik, dessen Daten ein bestehendes Datenfusions-Framework zu belastbaren Befunden für zerstörungsfreie Prüfungen verarbeitet.

Ein bodengebundener Ground-Demonstrator bildet als Testaufbau die zentralen Funktionen der STARFAB Warehouse Unit nach. Er kombiniert Struktursegmente, Lagertechnik, Robotik und Inspektionsmodule und dient dazu, das Konzept am Boden zu erproben.

Verknüpfung mit Warehouse Units

Konzeptionell wird die Warehouse Unit mit weiteren Modulen gekoppelt, die für eine nachhaltige OSAM-Ökonomie wesentlich sind. Dazu gehören insbesondere:

• eine Manufacturing and Assembly Unit (MAU) für In-Space Manufacturing und In-Space Assembly
• eine Recycling Unit (RU) für die Verarbeitung von Raumfahrtkomponenten bzw. Trümmern und die Bereitstellung valorisierter Materialien bzw. Rückstände.

Schnittstellen zu Cargo- und Servicer-Raumfahrzeugen 

STARFAB sieht Docking-/Berthing-Schnittstellen vor, um externe Raumfahrzeuge an die Station anzubinden:

• Cargo-Raumfahrzeuge kommen zur Resupply der WU mit Items und Ressourcen (z. B. Komponenten, Payloads, Rohmaterial, Treibstoff, Wasser)
• Servicer-Raumfahrzeuge werden an STARFAB angedockt, um z. B. mit ORUs, Treibstoff oder Werkzeugen/Robotik unterstützt zu werden und können zusätzlich von Inspektions- und leichten Wartungsleistungen profitieren.

Missionskonfigurationen der Warehouse Unit

 Die STARFAB Warehouse Unit wird in drei Missionskonfigurationen betrachtet:

• Freifliegende LEO-Plattform mit eigener Plattformstruktur als Referenzkonfiguration
• Als Facility-Modul an einer Commercial LEO Destination (CLD), dauerhaft an eine kommerzielle Raumstation gekoppelt

Ein zentraler Use Case im Projekt STARFAB adressiert Servicer‑Raumfahrzeuge, die Orbital Replacement Units (ORUs), Treibstoffe und Werkzeuge benötigen. Ein typisches Szenario beginnt mit einem Cargo‑Spacecraft, das modulare ORUs, Rohmaterialien, Treibstoff oder Wasser zur Warehouse Unit bringt. Der Walking Manipulator entlädt diese Items und übergibt sie an das interne Handling‑System, das sie in geeigneten Lagerzonen einlagert.

Für die Lebensdauerverlängerung eines Satelliten dockt ein Servicer an der Warehouse Unit an. Das Depot stellt die benötigten ORUs und Treibstoffmengen bereit. Die interne Automation ruft die entsprechenden Container ab, während der Manipulator die Übergabe zum Servicer übernimmt. Parallel kann das Mobile Inspection Module Oberflächen auf Debris‑Schäden, Strukturveränderungen und thermische Auffälligkeiten prüfen. Die Monitoring and Control Station auf der Erde plant die Abläufe, simuliert Bewegungen im digitalen Zwilling und überwacht die Ausführung.

Ein weiterer Anwendungsfall betrifft die Rückführung von nicht mehr benötigten Komponenten oder Residuen. Die Warehouse Unit sammelt diese Items und bereitet sie für den Abtransport vor. Ein Cargo‑Fahrzeug übernimmt sie zur De‑Orbitierung. Perspektivisch wird eine Recycling Unit angebunden, die aus dem Material verwertbare Stoffe gewinnt. Diese Materialien können erneut eingelagert und später an eine Manufacturing and Assembly Unit oder an Servicer ausgegeben werden.

Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML bringt Erfahrung aus der Warehouse-Automation, Shuttle-Systemen, Hochdichte-Speichern und AMR-Anwendungen ein. Die Forschenden analysieren terrestrische Lagertechnologien, bewerten deren Eignung für Mikrogravitation und entwickeln ein Konzept, das Einfachheit, Robustheit, Lagerdichte und Skalierbarkeit kombiniert. Ein shuttlebasiertes Ansatzprinzip gilt als vielversprechend, da es die modulare Skalierung von kleinen bis großen Anlagen unterstützt. Erfahrungen aus Projekten zur Automatisierung von Pufferlagern, Shuttle-Systemen für verschiedene Branchen und Speziallösungen, etwa auf Schiffen, fließen in die Bewertung von Layouts, Behälterkonzepten und Steuerungsstrategien ein.

Mitfinanziert von der Europäischen Union