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Ein Jahr im Weltraum

By on 21. November 2014


Der Würzburger Uni-Satellit UWE-3 hat eine Schallmauer durchbrochen: Am 21. November ist er genau ein Jahr im Weltraum – und funktioniert immer noch tadellos. Da nur kommerzielle Bauteile verwendet wurden, ist das in der harten Weltraumumgebung alles andere als selbstverständlich.
Mit UWE-3 wurde eine neue Generation der Universität-Würzburg-Experimentalsatelliten (kurz: UWE) auf den Weg gebracht: Dieser Kleinsatellit zeichnet sich durch eine erneute Steigerung der Kompaktheit und Effizienz aus. Seit dem 21. November 2013 zieht UWE-3 seine Bahnen in 600 Kilometer Höhe um die Erde. Der gut ein Kilogramm schwere Würfel mit einer Kantenlänge von zehn Zentimetern wurde von Würzburger Studierenden, insbesondere aus dem SpaceMaster-Studienprogramm, sowie von Doktoranden entwickelt und gebaut.

Seit mittlerweile einem Jahr funktioniert das Borddatenverarbeitungssystem des Würzburger Satelliten ohne jegliche Unterbrechung – „und das, obwohl er nachweislich sehr starke Weltraumstrahlung abbekommen hat“, sagt Informatik-Professor Klaus Schilling, an dessen Lehrstuhl UWE-3 entwickelt wurde.
Strahlungsresistent dank der Software
Obwohl nur kommerzielle, nicht strahlungsgehärtete Bauteile verwendet worden seien, ermögliche die fortgeschrittene Software zur Fehleranalyse und -korrektur den mittlerweile einjährigen ununterbrochenen Betrieb. „Diese ‚Strahlungsresistenz durch Software‘ bietet einen innovativen Ansatz, um auch auf der Erde hochzuverlässige Datenverarbeitungssysteme zu realisieren“, sagt Schilling.
Die meisten anderen Kleinsatelliten, die 2013 auf derselben Rakete wie UWE-3 in den Weltraum geschossen wurden, seien dagegen bereits ausgefallen oder hätten ihre Aufgaben nur mit längeren Unterbrechungen ausgeführt.
Internationale Kooperationen rund um UWE-3
Das UWE-3-Projekt hat den Würzburger Informatikern interessante Perspektiven in der internationalen Zusammenarbeit eröffnet, etwa mit globalen Universitäts-Vereinigungen in der Raumfahrt wie UNISECglobal und Space University Advisory Committee.
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Besonders hilfreich ist die Kooperation mit der weltweiten Gemeinschaft der Funkamateure (AMSAT). Schickten die Funkamateure die von UWE-3 empfangenen Telemetrie-Daten zuerst noch per E-Mail nach Würzburg, so speisen sie die Daten inzwischen über das Internet live in die Würzburger Datenbank ein. „So sind mittlerweile über 65.000 zusätzliche Datensätze aus der ganzen Welt hinzugekommen“, sagt Schilling.
Wofür das Informatik-Team den Satelliten einsetzt
Das Würzburger Team konnte mit der UWE-Plattform erstmals eine stark miniaturisierte On-board-Lageerkennung und -regelung demonstrieren. Das System bestimmt die Ausrichtung des Satelliten aus Daten von Kreiseln, Magnetfeld- und Sonnensensoren mit einer Genauigkeit von wenigen Grad. Wie ein Kompass richtet es sich mit Hilfe von Magnetfeldspulen sehr energieeffizient am Erdmagnetfeld aus.
In Kombination mit einem sehr kleinen Reaktionsrad konnten die Informatiker mit verschiedenen Software-Varianten bereits zahlreiche Experimente zur Regelung der Satellitenausrichtung durchführen. „Die Ergebnisse werden für eine spätere Beobachtung der Erdoberfläche mit Kleinsatelliten von Bedeutung sein“, so ihre Prognose.
Die Software-Funktionen ermöglichten es auch, die Intensität und die weltweite Verteilung von Störungen im häufig verwendeten UHF-Funk-Frequenzband genauer zu charakterisieren. Damit lässt sich die Kommunikationsverbindung für zukünftige UWE-Missionen weiter verbessern.
UWE-Mission verfolgt jetzt neue Ziele
Nach der erfolgreichen Durchführung der Experimente im Orbit kann UWE-3 auch nach dem Ablauf der ursprünglich geplanten Missionsdauer von drei Monaten jetzt mit neuen Zielen weiter betrieben werden – dank einer umfangreichen Erweiterung der On-board-Software, die von der Erde aus bewerkstelligt wurde.
Möglich war das aufgrund der redundanten Auslegung des Mikroprozessorsystems zur Borddatenverarbeitung. Dadurch konnte das Würzburger Informatik-Team die Software-Aktualisierung ohne Risiko für den laufenden Betrieb auf dem Satelliten installieren. Zusätzliche Software-Erweiterungen auf dem Würzburger Satelliten sind für 2015 geplant – und die Informatiker sind zuversichtlich, dass der kleine Erdtrabant dann immer noch tadellos funktioniert.

Einige Weblinks
Bachelor-Studiengang „Luft- und Raumfahrtinformatik“ der Uni Würzburg
http://www.luft-und-raumfahrt.informatik.uni-wuerzburg.de/
Master-Studiengang „Space Science and Technology“ in Würzburg
http://www.spacemaster.uni-wuerzburg.de/

Foto: Der Würzburger Uni-Satellit UWE-3 ist schon ein Jahr im Weltraum und funktioniert immer noch. (Foto: Lehrstuhl für Informatik VII)

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