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06.08.15

Kleinsatellit der Universität Stuttgart: Ein "Laptop" fliegt ins All 2/3

Die Universität Stuttgart hat unter dem Namen "Flying Laptop" einen Kleinsatelliten entwickelt, der voraussichtlich nächstes Jahr ins All starten und dann die Erde beobachten soll. Wie funktioniert dies im Einzelnen?

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Um Aufnahmen zu machen stehen drei verschiedene Lagekontrollmodi zur Verfügung: Der Inertial Pointing Mode (Mode 3), der Nadir Pointing Mode (Mode 4) und der Target Pointing Mode (Mode 5).

Im Target Pointing Mode ist der Satellit während des Überfluges auf ein festes Ziel auf der Erdoberfläche ausgerichtet. Die Drehrate ist maximal 1°/s und folgt einer nichtlinearen "Glockenkurve". Dies ist der anspruchsvollste Modus im Hinblick auf die Kontrollalgoritmik und die geforderte Lagegenauigkeit.

Im Nadir Pointing Mode zeigen die Nutzlastkameras "senkrecht nach unten" (in Nadirrichtung) und im Inertial Pointing Mode können die Kameras (oder jede Seite des Satelliten) auf ein Ziel am Sternenhimmel, beispielsweise einen Stern, die Sonne oder den Mond, ausgerichtet werden. In diesem Modus dreht sich der Flying Laptop nicht, seine Lage wird inertial festgehalten. Die Sternenkameras, faseroptischen Kreisel, das GPS und die Reaktionsräder werden in den Pointing Modes verwendet. Die Magnetometer und Magnetspulen können optional hinzugeschalten werden, um die Reaktionsräder zu entsättigen.

 

Der AIS-Empfänger samt eigener Antenne ist die neueste Nutzlast auf dem Flying Laptop. Dieses System ist in der Lage AIS-Signale von Schiffen zu empfangen. Andere Satelliten nehmen derzeit schon reichlich AIS-Daten auf und verfolgen die Routen der Schiffe; die erstmalige Kombination zwischen AIS-Empfänger und Kamerasystem in einem Satelliten erlaubt es, zu überprüfen, wie stark das System eingesetzt wird und wie gut die ausgesendeten Signale mit der realen Position der Schiffe übereinstimmen.

MICS (Multi-spectral Imaging Camera System) ist die Hauptnutzlast zur Bilderfassung. Sie wurde für zwei Anwendungen ausgelegt. Die Hauptaufgabe ist die Beobachtung von ausgewählten Zielen auf der Erdoberfläche aus verschiedenen Winkeln. Diese Beobachtungen können später für die Berechnung der Bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion (engl. Abk. BRDF) verwendet werden. Die zweite Aufgabe des Kamerasystems ist die Erdbeobachtung im "nadir pointing mode" und im "target pointing mode" des Satelliten. Dies kann unter anderem zur In-Orbit-Verifikation des AIS-Empfänger-Systems an Bord des Satelliten genutzt werden. Da die erste Aufgabe höhere Anforderungen stellt, wurde das MICS speziell für die winkelabhängige Erdbeobachtung ausgelegt.

MICS ist als Matrixscanner mit den spektralen Kanälen Rot, Grün und nahes Infrarot ausgelegt. Die Hauptanforderung an das Kamerasystem für die Erdbeobachtung ist ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis, während eine hohe Bodenauflösung nicht entscheidend ist. Das Instrument besitzt eine Bodenauflösung (ground sample distance) von 21,5 m bei einer Orbithöhe von 600 km. Es besteht aus drei getrennten Kameras, die in einer Dreiecksanordnung auf der optischen Bank angebracht sind. Die Kameras sind bis auf den vorgelagerten Spektralfilter identisch aufgebaut.

Die Filter sind speziell auf Erdbeobachtungszwecke ausgelegt. Daher ist die Definition der Kanäle stark durch die atmosphärische Absorption geprägt. Bei einem möglichst hohen Transmissionsgrad innerhalb der Kanäle müssen die Filter den restlichen Spektralbereich von 200 bis 1000 nm blocken.

Das kleine Sichtfeld des Wissenschaftlichen Kamerasystems MICS macht den Einsatz eines weiteren Kamerasystem sinnvoll, welches einen Überblick über die beobachtete Landschaft bietet. Daher wurde die Panorama Kamera (PAMCAM) entwickelt, welche Farbfotos aufnimmt. Sie wird parallel zu MICS mit reduzierter Aufnahmefrequenz betrieben. Das Testbild zeigt den Stuttgarter Fernsehturm fotografiert mit der PAMCAM vom Campus der Universität Stuttgart.

Wie kommuniziert der Flying Laptop mit der Erde? Dazu mehr in Teil III!

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