S2TEP
Mit der Kleinsatelliten-Plattform S2TEP verfügt das DLR über eine unabhängige Plattform zur Durchführung eigener Technologieexperimente unter Weltraumbedingungen. Der Satellitenbus basiert auf modularen und skalierbaren Technologien, die im DLR entwickelt werden. Nur durch eigene Forschung und Entwicklung im Bereich der zentralen Avionik-komponenten wird die schnelle und kostengünstige Durchführung S2TEP-basierter Missionen sowie die Anpassung an verschiedenste Nutzeranforderungen garantiert.
Satelliten ermöglichen weltweite Kommunikations- und Navigationsdienste. Durch ihre Weiterentwicklung leistet die DLR-Raumfahrtforschung einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung und der Mobilität der Zukunft. Um die Forschung für die Raumfahrt und ihre Anwendungen voranzutreiben, wurde vom DLR der Rahmen für eigene Experimente im Weltraum festgelegt: die DLR Satellitenstrategie sieht vor, alle 2 bis 3 Jahre einen Satelliten der Größe 20-50 kg (S2TEP) und alle 5 bis 6 Jahre einen der Größe um 200 kg (COMPSAT) zu starten. Kontinuierlich laufende Satellitenprojekte, die regelmäßig mit diesen beiden Plattformen durchgeführt werden, leisten wesentliche Beiträge zur wissenschaftlichen Exzellenz des DLR, indem sie:
- sämtliche Elemente einer Raumfahrt-Mission betrachten (Satelliten-Bus, Nutzlast, Bodensegment und Raumtransport), dort Innovationen vorantreiben und somit nachhaltig die End-to-End Systemkompetenz des DLR verbessern
- einen unabhängigen Zugang für weltraumbasierte Forschung und Entwicklung für das DLR bereitstellen und Eigenständigkeit in Hinblick auf die ansonsten bestehende Abhängigkeit von Satellitenmissionen Dritter erreichen
- die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den DLR-Instituten fördern und Synergien nutzen
- DLR-externe Institutionen und Industriepartner zu nationalen und internationalen Kollaborationen einladen.
Die Idee hinter S2TEP
Satelliten und die verwendeten Bauteile sind üblicherweise hochspezialisierte Einzelanfertigungen, die in der Regel keine Wiederverwendung finden und sich – wenn überhaupt – nur schwer an die Anforderungen neuer Missionen anpassen lassen.
Hieraus ergibt sich unmittelbar der Bedarf der Entwicklung einer DLR-eigenen Satellitenplattform, bei der die zentralen Avionikkomponenten und ihrer fortschrittlichen Entwurfsmethodiken im Mittelpunkt neuester Forschungs- und Entwicklungsarbeiten stehen. Darüber hinaus wird durch die Möglichkeit, die wesentlichen Kostentreiber einer Mission selbst adaptieren und kurzfristig Designanpassungen vornehmen zu können, nicht nur Geld gespart, sondern auch der zeitliche Rahmen zur Entwicklung neuer Missionen verkürzt.
Forschungsschwerpunkte in S2TEP
Die Ausrichtung der Kleinsatellitenserie S2TEP wird eine Vielzahl von innovativen Aspekten hinsichtlich einer modularen und flexiblen Architektur sowie neuartiger Entwurfs- und Verifikationsprozesse beinhalten:
- Skalierbarer Onboard Computer (skalierbar hinsichtlich essenzieller Parameter wie Rechenleistung, Zuverlässigkeit, Schnittstellen und Kommmunikationsmöglichkeiten)
- Model-based Software Development & Autocoding
- Software-defined Radio
- Flexibles Powermanagement
- Dezentrales Operationskonzept mit einem hohen Grad an Autonomie
- Modelbasierter Entwurfsprozesses (Model-based Systems- und Software-Engineering, Space 4.0)
- Simulation & automatische Verifikation
Die DLR-eigenen Avionikkomponenten werden dabei entweder als Technologieexperimente oder – bei entsprechend hohem Reifegrad – als vitale Satellitenbus-Komponenten geflogen. S2TEP-basierte Missionen bieten damit die ideale Umgebung für eigene Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich der Avionik und tragen damit wesentlich zur Erlangung eines komplexen und tiefgehenden Designverständnisses in diesem Bereich bei.
Um diese hohe Flexibilität auf Komponenten- und damit auch auf Systemebene zu erreichen, stehen Skalierung hinsichtlich Performanz, Anpassbarkeit und Zuverlässigkeit im Fokus der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Exemplarisch sind hier die Flugsoftware sowie der On-Board Computer der beiden Satellitenserien aufgeführt.
Platform Technology Exchange durch skalierbare Modularität
Die im Rahmen von S2TEP entwickelten Technologien stehen aufgrund ihrer hohen Skalierbarkeit nach erfolgreicher In-Orbit Verifikation im Rahmen einer S2TEP-Mission auch dem “größeren Bruder” COMPSAT zur Verfügung. Da auf COMPSAT wiederum Avionik-komponenten als Sekundärnutzlast geflogen werden, besteht zwischen beiden Plattformen ein echter Technologieaustausch mit einem hohen Grad an Wiederverwendung.
Skalierbarer On-Board Computer
Der Compact On-Board Computer (COBC) des DLR kann sich flexibel an Missions-spezifische Kontroll- und Datenverarbeitungsbedürfnisse anpassen. Basierend auf einem generischen Basis-Design bietet er u.a. die Möglichkeiten, die Qualifikationsstufen elektronischer Bauteile, Prozessorleistung-, Speichergröße und -typen sowie die Anzahl und Art der Schnittstellen zu variieren. Wird der Weltraum-Rechner auf der ersten COMPSAT-Mission Eu:CROPIS noch als Technologieexperiment geflogen, so dient er bei S2TEP bereits als zentraler On-Board Computer, um im Anschluß in einer hochskalierten Version die nächste COMPSAT-Payload zu steuern.
Modulare Software-Plattform
Urspünglich als Software für den COBC konzipiert, findet die im DLR entwickelte Software Plattform Open modUlar sofTware PlatfOrm for SpacecrafT (OUTPOST) durch seine Abstrahierungsschichten zu Hardware und Betriebssystem mittlerweile nicht nur Verwendung in den S2TEP- und COMPSAT-Satelliten, sondern hält auch im Raketen und Launcher-Bereich Einzug und dient als Grundlage für die modulare und portierbare Implementierung der gesamten Flugsoftware. Die zentralen Bestandteile von OUTPOST wurden unter einer Open-Source Lizenz veröffentlicht und stehen somit privaten sowie industriellen Nutzern zur gemeinsamen Weiterentwicklung zur Verfügung.
