Integrated Core Avionics
Integrated Core Avionics (ICA) (deutsch: Integrierte Kernavionik) ist ein Raumfahrt-Avionik-Framework, das eine breite Palette von Missionszenarien auf innovative und benutzerfreundliche Weise adressiert. Es bietet eine kohärente und skalierbare Lösung für den gesamten Satz von Kern-Avionikbereichen: Energieversorgung, On-Board Datenverarbeitung, Kommunikation und Software, basierend auf neuesten Avionikforschungsergebnissen.
Die erste Demonstration von ICA wird Teil der PLUTO-Mission sein [Link zur PLUTO-Website hier], welche in 2025 ICA und verschiedene andere institutsübergreifende DLR-Entwicklungen im Orbit demonstriert.
Motivation
Als Abteilung für Avioniksysteme stehen wir regelmäßig vor der Herausforderung, innovative Lösungen für eine Vielzahl von Raumfahrtmissionen bereitzustellen. Nun befinden wir uns in der einzigartigen Position, regelmäßig die Systemführungsrolle zu übernehmen und gleichzeitig für die Entwicklung der Kernavionik der Mission verantwortlich zu sein. Dies bietet die Möglichkeit, nahezu alle Aspekte des Raumfahrzeugentwurfs zu beeinflussen. Durch die enge Zusammenarbeit unserer Experten in den Bereichen Energieversorgungssysteme, On-Board Datenverarbeitung, Kommunikation und Flugsoftware können wir eine integrierte Avionikösung für verschiedenste Missionszenarien anbieten. Wir streben nach einer Lösung, die auf einfache Weise:
- für verschiedene Anwendungen und Raumfahrzeugklassen skalierbar ist
- um neue Funktionalitäten und externe Technologien erweitert werden kann
- mit den neuesten Forschungsergebnissen aktualisiert werden kann
Ansatz
Von Anfang an wird ICA in enger Zusammenarbeit von Experten aus allen Kern-Avionikbereichen entwickelt. Ziel ist es, Lösungen bereitzustellen, die die unterschiedlichen Avionikaspekte von vornherein integrieren, anstatt später einen dedizierten Integrationsaufwand separater Komponenten zu erfordern. Dies wird durch zwei Schlüsselaspekte erreicht:
- Frühe Definition gemeinsamer funktionaler, Hardware- und Software-Schnittstellen
- Klare Definition des kombinierten Designraums und seiner Grenzen
Lösung
ICA bietet Lösungen, die in einer Vielzahl von Szenarien verwendet werden können. ICA-Hardware basiert auf dem ebenfalls im Haus entwickelten Unified Module Framework (UMF), das die Integration derselben Module in CubeSat-Strukturen oder eigenständigen Gehäusen für größere Systeme ermöglicht. ICA-UMF-Module liefern Funktionalität von Energieversorgung und Datenverarbeitung bis hin zu Kommunikation. Alle werden von unserer eigenen On-Board-Software namens "OUTPOST" (Offene modulare Softwareplattform für Raumfahrzeuge) unterstützt. Insgesamt werden sowohl kleine zentrale Lösungen als auch größere verteilte Systeme mit Remote-Terminals unterstützt. Dies ermöglicht den Einsatz von ICA in größeren CubeSats, kleinen Satelliten, Trägerraketen, Sonden oder anderen Raumfahrzeugen, mit reduziertem Neugestaltungsaufwand und reduziertem Risiko.
Eigenschaften
Energieversorgung
- Bis zu 28V Busspannung, maximal 840 W Leistung
- MPPT-Array-Leistungsregler in diskreter analoger oder digitaler Implementierung
- Bis zu 200 W pro Array-Leistungsregler-Kanal
- Analoger, softwareunabhängiger Unterspannungsschutz für Batterieschnittstelle
- Vollständig gesicherte Verteilung von geregelten und ungeregelten Spannungen
- Bis zu 10 A Ausgangsstrom pro Kanal
- Ventil-/Aktuatortreiber und Pyro-Treiber möglich mit konstantem Ausgangsstrom
On-Board-Datenverarbeitung
- Flexible Datenverarbeitungs- und Schnittstellenlösung konfigurierbar aus verfügbaren Modulen
- Fehlertolerante und strahlungstolerante LEON3FT-basierte Verarbeitungsmodule mit bis zu
- COTS-basierte Verarbeitungsmodule für Anwendungsbeschleunigung mit bis zu
- Missionspezifische Schnittstellenmodule mit einer Auswahl an Standard-Schnittstellen wie
Kommunikation
- Vollständig softwaregesteuerte Kommunikationsplattform (SDR)
- Strahlungstolerantes und modulares Design
- Anpassbar im RF-Bereich bis zu 6 GHz via Software
- 4x Rx und 4x Tx Design für MIMO-Anwendungen
- Bis zu 56 MHz Bandbreite pro Kanal
- Anpassbares FPGA-Design für benutzerdefinierte Kommunikationsanwendungen
- In-Flight-Rekonfiguration, redundanter Startmechanismus und automatische Fehlerwiederherstellung
GDSR Generic Software-Defined Radio
Flugsoftware
- Flugbewährte Code-Basis
- Hardware-Abstraktionsschicht und Integration von Echtzeitbetriebssystemen
- Vorimplementierte PUS-konforme Dienste
- Verschiedene interne und externe Kommunikationsprotokolle
- Sparse-Protokollierung mit bodenbasierter Analyse
- Unterstützt Ökosystem mit Missionskontrollsoftware und Dokumentenaustauschwerkzeugen
Kabelloses Sensor-Netzwerk
- Zuverlässige drahtlose Kommunikation für Anwendungen mit geringen bis mittleren Datenraten
- Reduziertes Harness-Gewicht und Designkomplexität
- Kann eine präzise Lokalisierung von Netzwerkknoten bereitstellen