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Fachgebiet RaumfahrttechnikTechnoSat

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TechnoSat

Nanosatellit zur Demonstration und Verifikation neu entwickelter Komponenten und Subsysteme
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TechnoSat ist ein vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördertes Vorhaben, in dem ein Nanosatellit entworfen, gebaut und in den niederen Erdorbit gestartet wird. Primäres Missionsziel der TechnoSat-Mission ist die Demonstration und Verifikation neu entwickelter Komponenten und Subsysteme für Nanosatelliten. Sekundäres Missionsziel ist die Entwicklung und der Einsatz des adaptiven und wiederverwendbaren Nanosatellitenbusses TUBiX20. Unter Adaptivität wird hier die Anpassungsfähigkeit des Satellitenbusses an verschiedene Nutzlasten, Orbits und Missionsszenarien verstanden. TechnoSat hat eine Startmasse von etwa 20 kg und weist äußere Abmaße von etwa 305 x 465 x 465 mm auf.

Rendering des TechnoSat Satelliten
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Satellitenstart und Betrieb

TechnoSat wurde als 12. Satellit der Technischen Universität Berlin am Freitag den 14. Juli 2017 auf einer russischen Soyuz 2.1 Rakete gegen 8:36 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit auf einen 600 km sonnensynchronen Orbit gestartet. Nach dem erfolgreichen Start wurde ab dem ersten Bodenstationskontakt das Beacon, sowie Telemetrie empfangen.

Derzeit werden kontinuierlich erfolgreich die verschiednen Nutzlasten betrieben.

Aktuelle Aktivitäten werden in den News des Fachgebiets bekanntgegeben.

Nutzlasten des TechnoSat

Folgende Komponenten werden im Rahmen der TechnoSat Mission im Orbit verifiziert:

 

Fluiddynamischer Aktuator

Der Fluiddynamische Aktuator (FDA) ist ein neuartiger Lageaktuator für Kleinsatelliten. Die Technologie wurde an der Technischen Universität Berlin entwickelt und basiert auf der Drehimpulsspeicherung unter Verwendung von Flüssigmetall. Im Gegensatz zu Reaktionsrädern verwenden fluiddynamische Aktuatoren keine mechanisch beweglichen Komponenten, sodass sie sich durch eine hohe Resistenz gegenüber Schocks und Erschütterungen auszeichnen und nahezu keinen Verschleißerscheinungen zeigen. Durch die Verwendung elektromagnetischer Flüssigmetallpumpen stellen diese Aktuatoren zudem bei einer vergleichsweise geringen Leistungsaufnahme ein sehr großes Drehmoment zur Verfügung. Im Rahmen der TechnoSat Mission werden die Lagerregelungseigenschaften eines Flüssigmetallaktuators erstmalig im Orbit untersucht.

Status des Experimentes: Mit dem FDA werden regelmäßig erfolgreich Experimente durchgeführt. Nach einem halben Jahr im Orbit zeigt der FDA keine erkennbare Degeneration.

 

S-Band Sender HiSPiCO

HiSPiCO ist ein S-Band Sender für Kleinsatelliten, welcher von der Firma IQ wireless GmbH in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin entwickelt wurde. Bei einer Sendeleistung von 27 dBm und 5 W Leistungsaufnahme bietet der breitbandige Sender eine Netto-Datenrate von 1 Mbps. Diese technischen Parameter können über projektspezifische Firmwarekonfigurationen an unterschiedliche Forderungen angepasst werden.

Im Rahmen der TechnoSat Mission ist der Sender mit einer Patchantenne verbunden, die über einen Öffnungswinkel von 85° und einen Antennengewinn von 6 dBi verfügt. Der Sender wird getestet, indem Testdaten oder Bilder zum Boden gesendet und ausgewertet werden.

Status des Experimentes: Der S-Band Sender wird regelmäßig erfolgreich betrieben.

 

Laser-Retroreflektoren

Laser-Retroreflektoren werden auf Satelliten für die bodengestützte, hochgenaue Vermessung der Satellitenbahn eingesetzt. Dafür wird ein Laserimpuls auf den Satelliten gestrahlt und die Zeit gemessen, welche vergeht bis dieser Impuls zurück auf die Erde reflektiert wird. Mit diesem Experiment soll gezeigt werden, dass keine speziell gefertigten Reflektoren notwendig sind, sondern kleine, kommerziell erhältliche und damit deutlich kostengünstigere Reflektoren genutzt werden können.
Auf TechnoSat sind 14 kommerzielle Laser-Retroreflektoren mit einem Durchmesser von jeweils 10 mm verbaut. Die Reflektoren wurden vor der Integration durch das Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) vermessen. Die Entfernungsmessungen werden über das Laser-Stationsnetzwerk ILRS mit Stationen auf der ganzen Welt durchgeführt. Die Berechnung und die Vorhersage der Satellitenbahn wird aus den Entfernungsmessungen vom German Space Operations Center (GSOC) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) vorgenommen. Die Arbeitsgruppe Satellite Laser Ranging der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) wird mit den gewonnen Laser-Ranging-Daten Analysen zur Änderung der Satellitenlage durchführen.

Status des Experiments: TechnoSat wurde am 30. Juli 2017 erstmalig von einer australischen Laser-Ranging Station getrackt und seine Entfernung wurde bis Januar 2018 in mehr als 450 Überflügen von 16 Stationen weltweit vermessen (vergl. http://edc.dgfi.tum.de/en/satellites/technosat). Wir bedanken uns bei allen Stationen für die Unterstützung!

 

Solar Generator Impact Detector (SOLID)

Die am DLR Bremen entwickelte Methode SOLID (SOLar generator based Impact Detector, ℗DE102012000260, ℗US8593165B2) ermöglicht In-Situ-Detektion von Weltraummüll und Mikrometeoroiden mit Hilfe von bereits vorhandenen Subsystemen eines Satelliten. Im Vergleich zu den bisher entwickelten In-Situ Systemen und Konzepten bietet der SOLID-Sensor große Vorteile: z.B. eindeutige Identifikation von Einschlägen, keine Notwendigkeit von zusätzlichen Sensor-Strukturen (Nutzung von Satelliten-Solarpaneel-Strukturen),  langer Betrieb des Sensors im Orbit (Betrieb des Sensors ist auf die Funktionsdauer eines Satelliten beschränkt), sehr große Detektionsfläche (durch Nutzung von verschiedenen Satelliten in unterschiedlichen Umlaufbahnen). Langfristiges Ziel ist es, genügend Messwerte für die Weltraummüll-Simulationsmodelle wie z.B. MASTER (ESA) und ORDEM (NASA) zu liefern um eben solche Simulationsmodelle zu verbessern und zu standardisieren. Verbesserte Simulations-Modelle ermöglichen wiederum den Satellitendesignern zukünftig Systeme für erdgebundene und interplanetare Missionen optimal auszulegen. Ferner sollen neue Erkenntnisse zur Verbesserung von Space-Debris-Mitigation-Maßnahmen beitragen. Die erstmalige In-Orbit-Erprobung des SOLID-Detektorsystems erfolgt auf der TechnoSat-Mission der Technischen Universität Berlin.

Status des Experimentes: Der SOLID-Sensor wird kontinuierlich erfolgreich betrieben.

 

Sternsensor STELLA

Das Vorhaben STELLA der Universität Würzburg umfasste die Entwicklung und die Qualifizierung eines Miniatur-Sternsensors für Pico- und Nanosatelliten. STELLA erfüllt alle relevanten Randbedingungen und Anforderungen von Pico- und Nanosatelliten hinsichtlich Dimension, Masse und Leistungsaufnahme. Gesamtkonfiguration und Leistungsparameter wie z.B. Genauigkeit werden so angepasst, dass sie für die Satellitenklasse Pico- und Nanosatelliten geeignet sind, auch unter Kostengesichtspunkten. Das Vorhaben wurde durch das Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) unter dem Förderkennzeichen FKZ 50RM0901 mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Status des Experimentes: STELLA wurde am 09.08.2017 zum ersten Mal im Orbit eingeschaltet. Der Sensor wird seit dem im erdnahen Orbit getestet. Die Messdaten befinden sich in der Auswertung.

 

Reaktionsradsystem

Das Reaktionsradsystem besteht aus vier einzelnen Rädern, welche in einer Tetraeder-Konfiguration angeordnet sind. Jedes Rad hat Abmessungen von 65x65x55 mm3 und ein Gewicht von 315 g. Außerdem verfügt jedes Rad über zwei mechanische Schnittstellen, was eine flexible Montage ermöglicht. Stromversorgungs- und Datenschnittstelle sind in einem Konnektor vereint. Das Rad bietet fünf verschiedene Kontrollmodi. Neben den üblichen Modi wie Rotationsgeschwindigkeit und Drehmoment kann dank eines eingebauten Gyroskops zum Beispiel auch die Drehrate des Satelliten kommandiert werden. Das Gehäuse der Räder ist unter Atmosphäre versiegelt um ein verbessertes Thermalverhalten zu erreichen und die COTS Schmiermittel für die Kugellager der Motoren einsetzen zu können.

Status des Experimentes: Das Reaktionsradsystem wird regelmäßig erfolgreich genutzt um den Satelliten definiert auszurichten.

 

Kamera

Der auf TechnoSat eingesetzte CMOS Kamera ist ein Commercial off-the-shelf (COTS) Produkt, das für die Raumfahrttauglichkeit modifiziert und mit einem 23 mm Objektiv (Blende f/4) versehen wurde. Ihre Auflösung beträgt 640x480 Pixel bei einer Bodenpixelauflösung von 147 m. Somit erreicht die Kamera eine Schwadbreite von 94 km. Die Kamera dient der Erzeugung von Nutzlastdaten für den S-Band Sender HiSPiCO und wird zur Verifikation des Lageregelungssystems des TechnoSat verwendet.

Status des Experimentes: Die Kamera wird regelmäßig erfolgreich betrieben.

Horizon nahe Bali, aufgenommen mit der Kamera des TechnoSat
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Veröffentlichungen

Werner, Philipp; Starke, Mario; Graf, Alexander; Gordon, Karsten and Barschke, Merlin F. (2015). Modular electrical ground support equipment for nanosatellites. Proceedings of the 10th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, 211–214.


Noack, Daniel; Ludwig, Jonathan; Werner, Philipp; Barschke, Merlin F. and Brieß, Klaus (2017). FDA-A6 - A Fluid-Dynamic Attitude Control System for TechnoSat. Joint Conference: 31st ISTS, 26th ISSFD & 8th NSAT


Kühn, Jakob; Barschke, Merlin F. and Költzsch, Danilo (2017). Development of a thermal simulation tool for nanosatellites based on commercial Finite Element Analysis software. Proceedings of the 11th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, 385-388.


Költzsch, Danilo and Barschke, Merlin F. (2014). Development and Verification of a Lightweight and Modular Structure for a Novel Nanosatellite Platform. presented at the 63th German Aerospace Congress


Költzsch, Danilo and Barschke, Merlin F. (2017). Finite Element Analysis aided structure design for a modular nanosatellite platform. Proceedings of the 11th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, 351-354.


Kirchner, Georg; Grunwaldt, Ludwig; Neubert, Reinhard; Koidl, Franz; Barschke, Merlin; Yoon, Zizung and Fiedler, Hauke (2013). Laser Ranging to Nano-Satellites in LEO Orbits: Plans, Issues, Simulations. presented at the 18th International Workshop on Laser Ranging


Junk, Stefan; Lehmann, Marc; Barschke, Merlin F. and Rotter, Sven (2017). Lean hardware update process for a modular satellite platform. presented at the 68th International Astronautical Congress


Gordon, Karsten and Barschke, Merlin F. (2015). A new concept of software architecture for a flexible attitude determination and control of nanosatellites. presented at the 65th International Astronautical Congress


Gordon, Karsten; Graf, Alexander; Barschke, Merlin (2015). Practical experience in using continuous integration within the development of nanosatellite software. Proceedings of the 10th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, 191–194.


Gordon, Karsten; Lehmann, Marc and Barschke, M. F. (2017). Flexible low-cost verification of attitude determination and control systems. Proceedings of the 11th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation, 405-408.


Daniel Noack, Jonathan Ludwig and Klaus Brieß (2013). Untersuchungen zu einem fluiddynamischen Aktuator für den Einsatz auf dem Nanosatelliten TechnoSat. 62. German Aerospace Congress


Daniel Noack, Jonathan Ludwig and Klaus Brieß (2014). Fluid-Dynamic Attitude Control Experiment for TechnoSat. Small Satellites Systems and Services Symposium


Frank Baumann and Klaus Brieß (2015). A Quad-channel UHF Transceiver for TUBiX20. 10th IAA Symposium on Small Satellites for Earth Observation


Waldemar Bauer and Oliver Romberg and Holger Krag and Geert Henk Visser and Daniel Digirolamo and Merlin F. Barschke and Sergio Montenegro (2016). Debris in-situ impact detection by utilization of CubeSat solar panels. presented at the Small Satellites Systems and Services Symposium


Bauer, Waldemar; Romberg, Oliver and Barschke, Merlin F. (2015). Space environment characterisation by applying an innovative debris detector. presented at the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies


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