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04.08.15Kommentieren

Kleinsatellit der Universität Stuttgart: Ein "Laptop" fliegt ins All 1/3

Große Aufmerksamkeit erzeugte, obwohl er am Ende kaum sendete, ein "aus der Raumstation geworfener Astronaut" - der Suit Sat war ein Amateurfunk-Sender im (leeren) Raumanzug. Nun soll als Nächstes also ein alter Laptop aus der Raumstation geworfen werden? Nein, so verhält es sich nicht ganz…

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Während Satelliten früher eher große Projekte waren, wird in den letzten Jahren versucht, gerade mit kleinen und günstigeren Lösungen zu punkten. So mit den vielen Cube-Sats, Mini-Satelliten, die gleich im Dutzend einer großen, bezahlten Nutzlast beigefügt werden und so viele, unabhängige Kleinexperimente erlauben. Ähnlich war der Gedanke beim Über-Bord-Werfen eines ausgedienten Raumanzugs mit einem Amateurfunksender an Bord, das keine großen Zusatzkosten verursachte. Allerdings können solch kleine Erdtrabanten leicht zu Weltraummüll mutieren, der dann andere Satelliten gefährdet.

 

Der "Flying Laptop" der Universität Stuttgart ist dagegen kein ausgedientes Arbeitsgerät, das aus der ISS geworfen wird, sondern nur der Spitzname eines neu entwickelten Satelliten. Er ist mit etwa 115 kg und 60 x 70,2 x 86,6 cm³ - plus ausgefahrene Sonnensegel - kein Mini-Satellit mehr, aber noch kleiner als kommerzielle Satelliten. Der in allen drei Achsen stabilisierte Satellit soll in einem niedrigen, sonnensynchronen und nahezu polaren Orbit von etwa 600 km die Erde umkreisen und beobachten. Ziele der Mission bestehen in der Erprobung neuer Technologien - ein innovatives Bordrechnersystem, ein rekonfigurierbarer FPGA-Nutzlast-Computer, ein neuartiger Entfaltmechanismus, ein Laser-Kommunikations-Experiment und ein GPS-Experiment - sowie in der wissenschaftlicher Beobachtung der Erdoberfläche in mehreren Wellenlängenbereichen.

Der "Laptop" hat 115 kg!

Die elektrische Energieversorgung läuft über drei Solarpaneele - eins ist auf dem Satelliten befestigt, zwei werden nach dem Start im Orbit entfaltet. Der Flying Laptop nutzt eine unregulierte Busspannung von 19 bis 26 V. Die erforderliche Spannung für die Geräte wird dann über einen DC/DC-Wandler direkt an den Komponenten erzeugt. Als sekundäre Energiequelle sind drei voneinander unabhängige Batteriestrings aus Lithiumeisenphosphatzellen und einer Gesamtkapazität von gut 700 Wh an Bord. Zur Versorgung der sechs Bordrechnerplatinen dienen zwei identische Stromversorgungsplatinen, die die benötigten Kleinspannungen erzeugen und weiterleiten. Insgesamt gibt es also im Bordrechner acht über einen speziell entwickelten, platzsparenden Mikro-Kabelbaum verbundene Platinen.

Immer die Orientierung behalten!

Der Satellit wird mit Reaktionsrädern und Magnet-Torquern (Magnetspulen) dreiachsen-stabilisiert. Die vier Reaktionsräder sind in einer Tetraederkonfiguration angeordnet, um Redundanz zu gewährleisten. Dies macht es möglich, den Ausfall eines Rades zu kompensieren. Die Magnetspulen werden hauptsächlich dazu verwendet, den sich über die Zeit in den Reaktionsrädern ansammelnden Drall abzubauen. Weiter stabilisieren sie den Satelliten in der LEOP (Launch and Early Operations Phase = Start und frühe Operationsphase) nach der Trennung von der Trägerrakete, denn alle aufwendigeren Systeme wie die Reaktionsräder sind in dieser Phase abgeschaltet.

Die Bewegungen des Flying Laptop überwachen fünf Sensortypen:

- zwei dreiachsige Magnetometer,

- ein 4π-Sonnensensorsystem zur groben Bestimmung der Sonnenrichtung,

- vier faseroptische Kreisel zur Drehratenmessung,

- ein Sternenkamerasystem mit zwei Kameraköpfen,

- drei GPS-Empfänger

Das Lagekontrollsystem kann sechs verschiedene Modi kommandieren, die jeweils speziell auf die benötigte Operationsphase oder Notfallsituation zugeschnitten sind:

Der Detumbling Mode (Mode 0) wird nach der Trennung von der Rakete, und wenn der Satellit mit einer Drehrate von mehr als 3°/s rotiert, automatisch ausgelöst. Der Flying Laptop misst mit den Magnetometern die Drehgeschwindigkeit und verringert diese mit den Magnetspulen.

Der Safe Mode (Mode 1) wird automatisch nach Abschluss des Detumblings sowie von der Bodenstation oder der automatischen Fehlererkennung aufgerufen, sollte ein missionskritisches Problem auftreten. Um den Satelliten zu stabilisieren und die Ausrichtung der Solarzellen zur Sonne und damit das Laden der Batterien sicherzustellen, bedient der Flying Laptop sich der Sonnensensoren, um die Achse des größten Trägheitsmomentes Richtung Sonne auszurichten. Eine Drehrate von 2°/s um diese Achse stellt sicher, dass der Satellit diese stabile Lage bei auftretenden Störungen und während seinem Durchgang durch den Erdschatten nicht verliert.

Ist der Satellit voll einsatzbereit, aber nicht in Gebrauch, wird er in den Idle Mode (Mode 2) versetzt. Hier werden die Solarzellenflächen mit den Reaktionsrädern, den Sternensensoren, Sonnensensoren und den faseroptischen Kreiseln aktiv zur Sonne hin ausgerichtet. So werden die Batterien am effektivsten geladen und der Satellit ist jederzeit bereit, Beobachtungen in den Pointing Modes auszuführen.

Wie fotografiert der Flying Laptop die Erde? Dazu mehr in Teil II.

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