Um mit Raumfahrzeugen kommunizieren zu können, benötigt man Antennenanlagen. Die 1969 am Standort Weilheim, 60 km südwestlich von München, in Betrieb genommene (Baubeginn November 1967) Bodenstation des DLR ist das Verbindungsglied zwischen Erde und Satellit. Mit ihrer Hilfe werden während eines Satellitenüberflugs Kommunikationsverbindungen zu diesem hergestellt, die einen gleichzeitigen Datenverkehr in beide Richtungen ermöglichen. Der Datenaustausch mit den Raumfahrzeugen findet über eine Vielzahl von unterschiedlichen Antennen statt (von 4,5 bis 30 m Durchmesser). Die Satellitenbodenstation wird vom Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des DLR betrieben.
Daten, die vom Satelliten kommen, werden Telemetrie genannt und können in zwei Kategorien eingeteilt werden: „House-Keeping“-Daten, die den Zustand und die Lage des Satelliten übermitteln sowie Nutz-Daten, die von wissenschaftlichen Geräten stammen.
Diese Telemetrie-Daten werden von der Bodenstation empfangen, aufbereitet und in digitaler Form an das Kontrollzentrum des GSOC in Oberpfaffenhofen weitergeleitet. Daten in der Gegenrichtung – also vom Boden zum Satelliten – werden Telekommandos genannt. Diese enthalten Steuerbefehle an den Satelliten – Beispiele sind das Ein- / Ausschalten von wissenschaftlichen Geräten oder eine Lagekorrektur des Satelliten. Sie werden im Kontrollraum im GSOC generiert und direkt nach Weilheim weitergeleitet.
Eine weitere Funktion der Bodenstation ist die laufende Bestimmung der Flugbahn des Satelliten. Die Satelliten-bahnen sind Störungen unterworfen, zum Beispiel durch die Restatmosphäre, Mikrometeoriten und Sonnendruck. Deshalb werden während der Satellitenüberflüge Richtung, Entfernung und Geschwindigkeit des Satelliten, sogenannte Tracking-Daten gemessen. Aus diesen Messwerten werden im Kontrollzentrum Bahnvorhersagen für die nächsten Tage berechnet.
Multimissionsbetrieb rund um die Uhr
Weilheim ist gemäß CCSDS (Consultative Committee for Space Data Systems) sowohl als Deep Space Network als auch als Non Deep Space Network (Near Earth Network) klassifiziert und kann Raumfahrtmissionen in den Frequenzbändern L-, S-, X-, Ku- und Ka-Band unterstützen.
Die einzelnen Antennenkomplexe können unabhängig voneinander betrieben werden, d.h. Weilheim kann mehrere Missionen gleichzeitig unterstützen (Multimissionsbetrieb). Dazu werden alle Antennen und Stationseinrichtungen von einem gemeinsamen Kontrollraum aus gesteuert und überwacht. Dabei kommt eine am GSOC neu entwickelte Software zum Einsatz, mit der die notwendigen Abläufe unabhängig von den jeweiligen Missionen, Frequenzbändern und Orbittypen vereinheitlicht werden konnten, was den Betrieb erheblich vereinfacht.
Die Bodenstation Weilheim wird im 24 Stunden-Schichtdienst an sieben Tagen pro Woche betrieben. Insgesamt sind hier 44 Mitarbeiter beschäftigt.
Zur Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit sind die Antennenanlagen mit redundanten Geräten ausgestattet. Alle für den Satellitenbetrieb wichtigen Systeme der Bodenstation Weilheim werden von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlage (USV) gespeist, die ihre Energie bei kurzzeitigen Ausfällen der öffentlichen Stromversorgung aus einer Batterie, bei langzeitigen Ausfällen aus einem 1.250 kVA-Diesel-Aggregat bezieht.
Weilheim und Oberpfaffenhofen im weltweiten Netzwerk
Die Bodenstation Weilheim ist über eine redundante Kommunikationsverbindung mit dem GSOC in Oberpfaffenhofen verbunden. Dieses koordiniert den Betrieb der Antennen, generiert die Steuerbefehle für die Satelliten und empfängt von Weilheim die Daten der Raumfahrzeuge (Telemetrie und Tracking-Daten) und verarbeitet diese weiter.
Auch andere Raumfahrtagenturen oder externe Kunden mieten regelmäßig "Antennenzeit" für ihre Missionen an. Weilheim ist daher über das GSOC in ein weltweites Kommunikationsnetzwerk eingebettet. Das GSOC stellt dabei sicher, dass die zum Betrieb jeweils notwendigen Datenverbindungen zwischen Weilheim sowie anderen eingebundenen Bodenstationen und dem jeweiligen Satelliten-Kontrollraum bereitstehen und korrekt konfiguriert sind. Verschiedene Schnittstellen und Protokolle müssen dafür implementiert werden, außerdem die Antennen, Anlagen und Systeme sowie die Netzwerkinfrastruktur geplant, konfiguriert und gewartet werden.
