Rundes Logo, zentral Schriftzug MASA, einfache Dratsellung der Erde, des Alls sowie Raumkapsel, Satellit und entfaltbares Sunshade. Rcycling Symbol und Rakete mit Wassersymbol sind im Schriftzug verarbeitet. ©

Missions- und Systemanalyse

Institut für Raumfahrtsysteme

Die Arbeitsgruppe Missions- und Systemanalyse (MASA) der Abteilung Raumtransporttechnologie befasst sich mit simulationsgestützten System- und Missionsanalysen und dem modellbasierten Entwurf zukünftiger Raumfahrtsysteme mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Raumfahrt in der Atmosphäre.

Die Raumfahrt befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel: In den vergangenen Jahren ist die Anzahl aktiver Raumfahrzeuge und geplanter Missionen durch neue private Akteure, kommerzielle Megakonstellationen und eine zunehmende Diversität von Missionsprofilen stark angestiegen. Die damit einhergehende Zunahme der Anzahl von Objekten im erdnahen Weltraums stellt RaumfahrtingenieurInnen vor neue technische und ökologische Herausforderungen und macht nachhaltige Konzepte für Systemauslegung, Betrieb und Missionsende erforderlich. In diesem Spannungsfeld zwischen steigender Nutzung des Weltraums und der Notwendigkeit nachhaltiger Raumfahrt adressiert die Arbeitsgruppe Missions- und Systemanalyse die Analyse, Bewertung und Optimierung zukünftiger Raumfahrtsysteme mit einem besonderen Schwerpunkt auf der Raumfahrt in der Atmosphäre.

Der Fokus der Arbeitsgruppe liegt auf der Durchführung von simulationsgestützten Missions- und Systemanalysen und dem modellbasierten Entwurf zukünftiger Raumfahrtsysteme. Die bearbeiteten Themengebiete umfassen treibstofflose Konzepte zur Bahnregelung von Satelliten und Satellitenformationen, die Entwicklung von Designstrategien zur Reduktion der Umweltauswirkungen sowie die Bestimmung der ökologischen Auswirkungen von Raumfahrtsystemen über ihren gesamten Lebenszyklus. Die zur Durchführung dieser Analysen benötigten Simulationstools und Modellierungsansätze werden innerhalb der Arbeitsgruppe entwickelt. 

Durch die komplexe Thematik ergibt sich eine hohe Anzahl an Schnittstellen zu den anderen in der Professur angesiedelten Arbeitsgruppen. Diese ergänzen unsere Analysen durch experimentelle Untersuchungen (High Enthalpy Flow Diagnostics Group (HEFDiG)), detaillierte Berechnungen von Gas- und Plasmaströmungen (Numerische Modellierung und Simulation (PICLas)) oder konkrete Systemeigenschaften (Elektrische Raumfahrtantriebe). Darüber hinaus besteht enger Austausch zur Gruppe von Prof. Smirnov bezüglich der Physik der oberen Erdatmosphäre.

Unser Ziel ist es, die technologischen Grundlagen für eine leistungsfähige, nachhaltige und verantwortungsvolle Nutzung des erdnahen Weltraums zu schaffen.

Gruppenfoto, 6 Personen nhintereinander auf einer Treppe vor einem Modell der ISS. ©
Arbeitsgruppe Missions- und Systemanalyse, Juli 2026

Aktuelle Projekte

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1667 „ATLAS - Fortschrittliche Technologien für Satelliten in sehr geringer Höhe“ befasst sich mit den wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen für die Erschließung von sehr niedrigen Erdumlaufbahnen (VLEO, etwa 200 km bis 450 km Höhe). Innerhalb von ATLAS bearbeiten wir ein Projekt zu aerodynamischer Bahnsteuerung mit dem Ziel, optimale aerodynamische Manöver zu bestimmen. Dazu entwickeln wir ein Simulationstool, das die Planung von Manövern unter Berücksichtigung der wirkenden aerodynamischen Kräfte sowie der damit verbundenen Unsicherheiten ermöglicht. Das Tool erlaubt es, optimale Manöverstrategien zu identifizieren und die Auswirkungen unterschiedlicher Satellitendesigns zu bewerten. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem bislang oft vernachlässigten aerodynamischen Auftrieb, der für eine dreidimensionale Bahnsteuerung unerlässlich ist.

INAGAIN - INtegrated Aerospace and Geodetic AI Network, Teil der Initiative Aerospace 2050, ist ein integriertes Forschungsnetzwerk und beschäftigt sich mit der Konzeption und Entwicklung neuartiger KI-Methoden für die Anwendung in den Themenfeldern der Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie an der Universität Stuttgart. Innerhalb von INAGAIN ist unser Ziel, die Charakterisierung und Modellierung der Thermosphäre auf Basis von frei verfügbaren Trackingdaten voranzutreiben. Zur Aufbereitung der Daten sollen Methoden des maschinellen Lernens eingesetzt werden.

Im Rahmen von RT-Ökobilanz 1 "Analyse zur ökologischen Bilanz des Raumtransports" (Laufzeit 2021 - 2025; gefördert von der Deutschen Raumfahrtagentur beim DLR, Fördernummer 50RL2180) haben wir die Umweltauswirkungen von Raumtransportsystemen im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Analysis, LCA) untersucht. Hierfür wurden Daten zu Produktion, Start und Wiedereintritt erfasst und bewertet.

Darauf aufbauend identifizieren und adressieren wir im Projekt RT-Ökobilanz 2 „Auswirkungen der Raumfahrtemissionen in der oberen Erdatmosphäre im Bezug auf Lebenszyklusanalyse" (Laufzeit 2025 - 2027; gefördert von der Deutschen Raumfahrtagentur beim DLR, Fördernummer 50RL2580) Wissenslücken bezüglich der chemischen Interaktion von Raumfahrtemissionen mit der oberen Atmosphäre. Das Ziel ist die Verringerung von Unsicherheiten in der Quantifizierung atmosphärischer Umweltauswirkungen von Raumfahrtsystemen.

Im Rahmen des EU Marie Skłodowska-Curie Actions Doctoral Network „SLICE - Space Launch Impact on Climate and Environment“ (Laufzeit 2026 - 2029) forschen wir im Projekt "Analysis of a methodology for global effects of launchers on the atmosphere and environment" (DC17) an der Weiterentwicklung der Bewertungsmethodik für Start und Wiedereintritt Hierfür werden die bestehenden Tools erweitert, Szenarien und Inventare für Startemissionen für die Zukunft entwickelt und Ergebnisse aus dem Forschungsnetzwerk in die Lebenszyklusanalyse überführt.

Themengebiete

Wir untersuchen die Auswirkungen von aerodynamischen Kräften durch die Restatmosphäre auf Satelliten und wie sich diese gezielt ausnutzen lassen, um Satellitenbahnen zu beeinflussen.

Ansprechperson:

Wir befassen uns mit der Entwicklung von Konzepten für bestehende, wiedereintretende orbitale Trägerraketenstufen, um deren ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Gezielte Design-Anpassungen könnten das Verglühen solcher Stufen verhindern, die derzeit emissionsreiche Entsorgung somit vermeiden und zudem diese Objekte in einem wiederverwertbaren Zustand zur Erde zurückführen.

Ansprechperson:

Nachhaltigkeit in der Raumfahrt muss ganzheitlich betrachtet werden. Daher analysieren wir Raumfahrtsysteme über ihren gesamten Lebenszyklus — von Entwicklung über Betrieb bis zum Wiedereintritt — um ökologische Auswirkungen systematisch zu bewerten und zukünftige Technologien hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit zu optimieren. Unser Fokus liegt hierbei auf der Berechnung von Emissionen sowie deren Auswirkungen auf die obere Atmosphäre.

Ansprechperson:

Forschung

Dr.-Ing. Constantin Traub
Gruppenleitung
Tel. +49 (0)711 685-60820
Mail: ctraub@irs.uni-stuttgart.de

Jan-Steffen Fischer, M.Sc.
Lebenszyklusanalyse von Raumfahrtsystemen
Tel. +49 (0)711 685-69628
Mail: fischerj@irs.uni-stuttgart.de

Sophie Förste, M.Sc.
Design not to Demise
Tel. +49 (0)711 685-69654
Mail: foerstes@irs.uni-stuttgart.de

Paul Jannik Haufe, M.Sc.
Aerodynamische Bahnregelung
Tel. +49 (0)711 685-65861
Mail: haufep@irs.uni-stuttgart.de

Jens Neubert, M.Sc.
Lebenszyklusanalyse von Raumfahrtsystemen
Tel. +49 (0)711 685-62139
Mail: neubertj@irs.uni-stuttgart.de

Fabrizio Turco, M.Sc.
Aerodynamische Bahnregelung
Tel. +49 (0)711 685-62394
Mail: turcof@irs.uni-stuttgart.de

Publikationen

  1. 2026

    1. 1. J. Boskovic et al., “Uncertainty Is Certain: Sources, Modeling, and Impacts of Uncertainty for VLEO Satellites,” May 2026. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/403437176_Uncertainty_Is_Certain_Sources_Modeling_and_Impacts_of_Uncertainty_for_VLEO_Satellites
    2. 2. S. Fasoulas, G. H. Herdrich, C. Traub, N. H. Crisp, and P. C. E. Roberts, “Very Low Earth Orbit Missions and Technologies,” CEAS Space Journal, vol. 18, Art. no. 3, Apr. 2026, doi: 10.1007/s12567-026-00721-3.
    3. 3. J.-S. Fischer, J. Neubert, S. Fasoulas, M. Nützel, and A. Schmidt, “Development of space transportation launch and re-entry emission inventories for 2019-2025.” Mar. 2026. doi: 10.5194/egusphere-egu26-4786.
    4. 4. J.-S. Fischer, S. Fasoulas, M. Nützel, and A. Schmidt, “Launch Emission Assessment Tool (LEAT v1.0): Part I – Development of a tool to calculate altitude-dependent rocket launch emissions for use in chemistry-climate models.” Jun. 2026. doi: 10.5194/egusphere-2026-3050.
    5. 5. J.-S. Fischer, S. Fasoulas, M. Nützel, and A. Schmidt, “Supplementary material to “Launch Emission Assessment Tool (LEAT v1.0): Part I – Development of a tool to calculate altitude-dependent rocket launch emissions for use in chemistry-climate models.”” Jun. 2026. doi: 10.5194/egusphere-2026-3050-supplement.
    6. 6. A. Schlitzer, K.-S. Ellenberger, C. Traub, S. Fasoulas, and G. Herdrich, “Overview of Ground-Based Facilities for Atomic Oxygen Material Testing,” Journal of Evolving Space Activities, vol. 4, Art. no. 262, 2026, doi: 10.57350/jesa.262.
    7. 7. C. Traub, N. H. Crisp, and B. Kent, “Insights into the dynamic behavior of an radio-frequency helicon-based plasma thruster based atmosphere-breathing electric propulsion spacecraft in very low earth orbits,” CEAS Space Journal, Mar. 2026, doi: 10.1007/s12567-026-00712-4.
    8. 8. C. Traub et al., “Preparation of a First Ever In-Orbit Demonstration of Differential Lift in INTA’s ANSER Cluster,” in International Symposium on Space Flight Dynamics, Toulouse, France, Jun. 2026.
    9. 9. F. Turco, C. Traub, M. Schütte, M. Pfeiffer, and S. Fasoulas, “Assessment of the practicality of optimal aerodynamic orbit control in VLEO,” Acta Astronautica, Aug. 2026, doi: 10.1016/j.actaastro.2026.02.039.
    10. 10. F. Turco, C. Traub, and S. Fasoulas, “Decay-optimal lift-based adjustments of the orbital plane in Very Low Earth Orbits,” Acta Astronautica, Sep. 2026, doi: 10.1016/j.actaastro.2026.04.025.
    11. 11. F. Turco, C. Traub, and S. Fasoulas, “Uncertainty-Aware Aerodynamic Orbit Control in Very Low Earth Orbits,” in AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Jul. 2026. doi: 10.13140/RG.2.2.13152.03849.

  2. 2025

    1. 12. S. Fasoulas et al., “Motivation, structure and goals of the Collaborative Research Centre 1667 : Advancing Technologies of very Low-Altitude Satellites-ATLAS,” CEAS space journal, 2025, doi: 10.1007/s12567-025-00687-8.
    2. 13. J.-S. Fischer and S. Fasoulas, “Assessment of Launch and Re-Entry Emissions of Space Transportation Systems and Their Environmental Impact,” in IAF Space Transportation Solutions and Innovations Symposium : held at the 75th International Astronautical Congress (IAC 2024) : Milan, Italy, 14-18 October 2024, Curran Associates, Inc., 2025, pp. 756–766. doi: 10.52202/078373-0079.
    3. 14. J.-S. Fischer, S. Fasoulas, M. Nützel, and A. Schmidt, “Development and assessment of space launch and re-entry emission inventories for atmospheric modelling.” Mar. 2025. doi: 10.5194/egusphere-egu25-15071.
    4. 15. J.-S. Fischer and S. Fasoulas, “Modelling Approach of Rocket Re-Entry Emissions,” in 3rd International Conference on Flight vehicles, Aerothermodynamics and Re-entry (FAR), May 2025.
    5. 16. S. Förste, L. E. Yousfi, J.-S. Fischer, F. Turco, C. Traub, and S. Fasoulas, “A comprehensive assessment of rocket body related space debris and discussion of suitable means of risk reduction,” Acta Astronautica, May 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2025.01.068.
    6. 17. E. Gaglio, C. Traub, F. Turco, J. O. Murcia Piñeros, R. Bevilacqua, and S. Fasoulas, “Optimal drag-based collision avoidance: Balancing miss distance and orbital decay,” Acta Astronautica, vol. 228, pp. 295–305, Mar. 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2024.11.052.
    7. 18. E. Gaglio et al., “Quasi-Optimal Guidance and Control in Very Low Earth Orbit via Deep Learning for Drag-Based Collision Avoidance,” Acta astronautica, vol. 235, pp. 362–374, 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2025.05.029.
    8. 19. P. Haufe et al., “Minimum-Time Spacecraft Collision Avoidance Using Aerodynamic Lift and Drag Via Reachable Sets,” in 23rd IAA Symposium on Space Debris, Oct. 2025. doi: 10.52202/083079-0150.
    9. 20. L. Ingrillini et al., “Operationalizing differential drag control : a planning routine for the S-NET satellite formation,” CEAS space journal, 2025, doi: 10.1007/s12567-025-00630-x.
    10. 21. C. Traub, J. Neubert, and L. Ingrillini, “Corrected closed-form solutions to the Schweighart–Sedwick satellite relative motion model including differential drag,” Acta Astronautica, vol. 234, pp. 742–753, Sep. 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2025.05.019.
    11. 22. C. Traub et al., “Revealing the impact of operational constraints on aerodynamic collision avoidance maneuvers : In-flight results from the BEESAT-4 CubeSat,” Acta astronautica, vol. 234, Art. no. September, 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2025.04.038.
    12. 23. F. Turco, C. Traub, M. Schütte, M. Pfeiffer, and S. Fasoulas, “Assessment of the Practicality of Optimal Aerodynamic Orbit Control in VLEO,” in IAF Astrodynamics Symposium, Sep. 2025. doi: 10.52202/083087-0029.
    13. 24. F. E. G. Turco, C. Traub, and S. Fasoulas, “Optimal Satellite Orbit Control via Aerodynamic Forces in Very Low Earth Orbits,” in AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Aug. 2025. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/394530650_Optimal_Satellite_Orbit_Control_via_Aerodynamic_Forces_in_Very_Low_Earth_Orbits
    14. 25. F. Tuttas, C. Traub, M. Pfeiffer, and W. Fichter, “Generalized Treatment of Energy Accommodation in Gas-Surface Interactions for Satellite Aerodynamics Applications,” Acta astronautica, vol. 236, pp. 14–19, 2025, doi: 10.1016/j.actaastro.2025.06.020.

  3. 2024

    1. 26. J.-S. Fischer and S. Fasoulas, “Assessment of launch and re-entry emissions of space transportation systems and their environmental impact,” in 75th International Astronautical Congress (IAC), Milan, Italy, Oct. 2024.
    2. 27. J.-S. Fischer, M. Udriot, K. Treyer, L. Schulz, and G. J. Dominguez Calabuig, “Recommendations for the development of space systems life cycle assessment methodology for space transportation systems,” 2024, doi: 10.5281/ZENODO.11104766.
    3. 28. E. Gaglio, C. Traub, F. E. G. Turco, J. O. Murcia-Piñeros, R. Bevilacqua, and S. Fasoulas, “Optimal spacecraft collision avoidance using aerodynamic drag,” in 4th IAA Conference on Space Situational Awareness (ICSSA), May 2024.
    4. 29. C. Marianowski, C. Traub, M. Pfeiffer, J. Beyer, and S. Fasoulas, “Satellite design optimization for differential lift and drag applications,” CEAS space journal, 2024, doi: 10.1007/s12567-024-00550-2.
    5. 30. F. Turco, C. Traub, S. Gaißer, J. C. Burgdorf, S. Klinkner, and S. Fasoulas, “Analysis of Collision Avoidance Manoeuvres Using Aerodynamic Drag for the Flying Laptop Satellite,” Aerotecnica missili & spazio, vol. 103, pp. 61–71, 2024, doi: 10.1007/s42496-023-00183-4.

  4. 2023

    1. 31. J.-S. Fischer, S. Fasoulas, C. Brun-Buisson, and E. del Olmo, “Comparison Study on the Environmental Impact of Different Launcher Architectures,” in 74th International Astronautical Congress (IAC), Baku, Azerbaijan, 2-6 October 2023., Oct. 2023.
    2. 32. J.-S. Fischer, “Further development of LCA methodology for reusable and sustainable launchers,” in Ascension Conference, Dresden, Germany, 12-14 September 2023, Sep. 2023.
    3. 33. F. Turco, C. Traub, S. Gaißer, J. Burgdorf, S. Klinkner, and S. Fasoulas, “An analysis tool for collision avoidance manoeuvres using aerodynamic drag,” Acta astronautica, vol. 211, Art. no. October, 2023, doi: 10.1016/j.actaastro.2023.05.038.
    4. 34. F. Turco, C. Traub, and S. Fasoulas, “Effects of solar and geomagnetic activity on aerodynamic collision avoidance manoeuvres.” Unpublished, 2023. doi: 10.13140/RG.2.2.17321.57442.

  5. 2022

    1. 35. J.-S. Fischer and S. Fasoulas, “Analyse der ökologischen Bilanz von Raumtransportsystemen unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus,” in Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2022, Dresden, Germany, 27-29 September 2022, Sep. 2022. doi: 10.25967/570083.
    2. 36. J.-S. Fischer, A. S. Pagan, and S. Fasoulas, “Ecological Impact of Re-Entering Launcher Structures in Comparison to Natural Sources,” in 2nd International Conference on Flight Vehicles, Aerothermodynamics and Re-entry Missions & Engineering (FAR), Heilbronn, Germany, 19-23 June 2022, Jun. 2022.
    3. 37. J.-S. Fischer and S. Fasoulas, “Review of the environmental impact of space transportation systems towards a full life cycle assessment,” in 73rd International Astronautical Congress (IAC), Paris, France, 18-22 September 2022, Sep. 2022.
    4. 38. F. Hild, M. Pfeiffer, C. Traub, J. Beyer, and S. Fasoulas, “Results of a VLEO Satellite Design Optimisation for Drag Minimisation,” in 2nd International Conference on Flight Vehicles, Aerothermodynamics and Re-entry Missions & Engineering (FAR), Heilbronn, Germany, Jun. 2022. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/362620800_Results_of_a_VLEO_Satellite_Design_Optimisation_for_Drag_Minimisation
    5. 39. C. Traub, S. Fasoulas, and G. H. Herdrich, “A planning tool for optimal three-dimensional formation flight maneuvers of satellites in VLEO using aerodynamic lift and drag via yaw angle deviations br,” Acta astronautica, vol. 198, Art. no. September, 2022, doi: 10.1016/j.actaastro.2022.04.010.
    6. 40. S. Vaidya et al., “Development and analysis of novel mission scenarios based on Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP),” CEAS space journal, vol. 14, Art. no. 4, 2022, doi: 10.1007/s12567-022-00436-1.

Eine Übersicht unserer Publikationen ist auch hier zu finden:

ResearchGate

Lehre

Orbital Mechanics in VLEO

Die Studierenden erwerben im Rahmen der Vorlesung vertiefte Kenntnisse zu verschiedenen Aspekten und Einflussgrößen der Bahnmechanik von Satelliten im niedrigen Erdorbit. Sie kennen die zugehörigen Störeinflüsse, ihre physikalischen Ursprünge und Möglichkeiten der Modellierung. Sie können daraus die Auswirkungen auf Satellitenbahnen abschätzen, insbesondere auf die erwartete Lebensdauer. Sie kennen besonders geeignete Maßnahmen und technologische Ansätze, um die Lebensdauer zu erhöhen oder die Wechselwirkung mit der Restatmosphäre für das Erreichen bestimmter Missionsziele zu nutzen. Außerdem kennen sie die gängigen Methoden, die in Computerprogrammen für bahnmechanische Berechnungen implementiert sind. Die Studierenden können mit diesen Methoden umgehen, zugehörige Probleme lösen und ihre Lösung kritisch bewerten. Zusätzlich zur Vorlesung wird eine MATLAB-Programmierübung angeboten.

Sommersemester, 3 ECTS, Master

A Multidisciplinary Approach to Space Sustainability

Im Rahmen dieser Vorlesungsreihe entwickeln die Studierenden ein fundiertes Verständnis für die Herausforderungen und Chancen, die mit nachhaltigen Weltraumaktivitäten verbunden sind. Sie setzen sich mit den Grundprinzipien der Nachhaltigkeit auseinander und wenden diese auf den Weltraumsektor an. Den Leitfaden bilden die drei Dimensionen der Nachhaltigkeit: 1.) Nachhaltigkeit auf der Erde, 2.) Nachhaltigkeit im Weltraum und 3.) Nachhaltigkeit aus dem Weltraum.

Wintersemester und Sommersemester, 3 ECTS, Master

Ausgeschriebene Themen finden sich hier.

Insitiativbewerbungen an die entsprecheneden Ansprechpartner:innen per Mail, inklusive:

  • aussagekräftiger Lebenslauf,
  • aktueller Leistungsübersicht,
  • kurzer Motivationsbeschreibung.

Kontakt

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Constantin Traub

Dr.-Ing.
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