Pico-Satellit mit der Kraft der zwei Prozessoren

  • 11. January 2017

Schon seit erstaunlichen drei Jahren umkreist Experimentalsatellit UWE-3 ohne Störungen die Erde.

Damit hatten seine Macher nicht gerechnet: Seit mehr als drei Jahren zieht der Universität Würzburg-Experimental­satellit UWE-3 in gut 600 Kilometern Höhe seine Runden um die Erde, und noch immer funktioniert der kleine Würfel einwandfrei. Und das, obwohl er dort permanent der intensiven Störstrahlung des Weltraums ausgesetzt ist. Tatsächlich ist er sogar „dank einer komplett erneuerten Software heute leistungsfähiger denn je“, wie einer seiner „Väter“, der Informatik­professor Klaus Schilling, sagt.

Abb.: Seit drei Jahren ist UWE-3 harter Weltraumstrahlung ausgesetzt. Dank seiner ausgeklügelten Software funktioniert er trotzdem noch. (Bild: Lehrstuhl für Informatik VII, JMU)

Abb.: Seit drei Jahren ist UWE-3 harter Weltraumstrahlung ausgesetzt. Dank seiner ausgeklügelten Software funktioniert er trotzdem noch. (Bild: Lehrstuhl für Informatik VII, JMU)

Dass UWE-3 über eine so lange Zeit funktionieren würde, sei nicht unbedingt zu erwarten gewesen, erzählt Schilling. Schließlich sei der ein Kilogramm schwere Würfel mit einer Kantenlänge von gerade einmal zehn Zentimetern, der zur Klasse der Pico-Satelliten gehört, ausschließlich mit kommerziellen Bauteilen produziert worden.

Dabei ist es nicht so, dass das raue Klima im Weltall keine Spuren hinterließe: „Jeder der beiden Mikro-Prozessoren, aus denen der Bord­computer besteht, fällt durch die harte Weltraum­strahlung etwa einmal pro Woche aus“, erklärt Schilling. Weil dann aber sofort der andere Prozessor die anstehenden Aufgaben übernimmt und parallel Reparatur­aktionen für seinen Partner startet, sei der Bordcomputer noch keine Sekunde während der drei Jahre ausgefallen. „Von außen wird das Problem gar nicht wahr­genommen, weil UWE-3 seine Aktivitäten nicht unterbricht“, so Schilling.

Der ausgeklügelten Fehleranalyse- und Fehler­korrektur-Software sei es also in erster Linie zu verdanken, dass UWE weiterhin zuverlässig seinen Dienst verrichtet, so Schilling. UWE-3 diene somit als lebender Beweis, dass die „anspruchsvolle Arbeits­umgebung im All“, die besonders intensiv auf miniaturisierte Bauteile einwirkt, durch fortgeschrittene Software gebändigt werden könne.

Diese Innovationen lohnten sich: UWE-3-Projektleiter Stephan Busch promovierte damit, bekam den „Leonardo-da-Vinci Award“ internationaler Rotary Clubs verliehen und wurde in die Jungwissenschaftler-Gruppe der Werner-von-Siemens-Ring-Stiftung aufgenommen.

UWE-3 ist am 21. November 2013 vom russischen Yasni aus mit einer Dnepr-Rakete ins All gestartet. Eine seiner Aufgaben ist es zu zeigen, dass auch Pico-Satelliten in der Lage sind, ihre Ausrichtung effektiv zu kontrollieren. UWE-3 beherrscht dafür die Technik, einfache Lage­regelungen durchzuführen: Er kann sich beispielsweise für Beobachtungs­zwecke in eine vorgegebene Richtung drehen. Möglich macht dies eine Wechsel­wirkung von Magnet­feldspulen an Bord mit dem Erd­magnet­feld, kombiniert mit einem Schwungrad.

Auch das hat in den vergangenen drei Jahren sehr gut geklappt: „Wir haben von der Würzburger Boden­station aus immer wieder ausgefeilte Kontroll-Software in den Bordcomputer von UWE-3 hochgeladen und damit das System an unvorherseh­bare Störungen angepasst“, erklärt Klaus Schilling. Auf diese Weise haben die Raumfahrt-Informatiker die Lageregelung kontinuierlich weiter verbessert, so dass sich UWE-3 nun mit für Pico-Satelliten bisher noch nicht erreichter Genauigkeit ausrichten kann. Der Kontroll-Spezialist Philip Bangert erhielt auf der Erd­beobactungs-Tagung der International Academy of Astronautics 2015 den 1. Preis für seinen Beitrag verliehen.

Derartig robuste und gut ausrichtbare Systeme bei Pico-Satelliten eröffnen nach Schillings Worten spannende Perspektiven für Satelliten­formationen. „Allgemein wird erwartet, dass die aktuell üblichen multi­funktionalen Groß­satelliten zunehmend durch Systeme von vielen, miteinander kooperierenden Klein­satelliten ergänzt werden“, beschreibt Schilling diese Entwicklung. Das Satelliten­programm der Universität Würzburg liefere dafür Schritt für Schritt die kritischen Schlüssel­technologien, um eine derartige Zusammen­arbeit von Kleinst­satelliten im Orbit realisieren zu können, so Schilling.

Dafür arbeitet die Universität eng mit dem Würz­burger Zentrum für Telematik (ZfT) zusammen, einem unabhängigen Würzburger Forschungs­institut. Am ZfT wird aktuell beispiels­weise die „Telematics Earth Observation Mission TOM“ geleitet – Partner sind unter anderem die Universität Würzburg, die TU München und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Diese Mission hat zum Ziel, mit mehreren Kleinst­satelliten durch Zusammen­arbeit in einer Formation eine neuartige dreidimensionale Erd­beobachtung zu realisieren. Damit bieten sich nach Schillings Worten auch in Zukunft „hervor­ragende Perspektiven, spannende Raumfahrt­techniken aus Würzburg weltweit an vorderster Front mit voran zu bringen“. Aktuell arbeiten die Forscher bereits an UWE-4, der mit Hilfe eines elektrischen Antriebs auch Positions­veränderungen gezielt durchführen kann.

JMU / DE

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