Raumfahrttechnik

TechnoSat

Projektübersicht

ProjektnameNanosatellit zur Demonstration und Verifikation neu entwickelter Komponenten und Teilsysteme
Projektlaufzeit01.12.2012 - 31.12.2020
FörderkennzeichenDLR FKZ 50 RM 1219

Förderung

TechnoSat wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWT) unterstützt, Förderkennzeichen: DLR FKZ 50 RM 1219

Start und Betrieb

TechnoSat wurde als 12. Satellit der Technischen Universität Berlin mit einer russischen Sojus 2.1 Rakete am Freitag, den 14. Juli um 8:36 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit in eine 600 km lange sonnensynchrone Umlaufbahn gebracht. Nach dem erfolgreichen Start wurden die Funkbake des Satelliten sowie erste Telemetriedaten beim ersten Überflug über die Bodenstation in Berlin empfangen. 

Projektbeschreibung

Im Rahmen des TechnoSat-Projekts wird es erzielt einen Nanosatelliten zu entwerfen, zu bauen und zu starten. Das primäre Missionsziel war die Demonstration und Verifizierung neu entwickelter Komponenten und Subsysteme für Nanosatelliten. Das sekundäre Missionsziel war die Entwicklung und der Betrieb der adaptiven und wiederverwendbaren Nanosatellitenplattform TUBiX20.  Die Adaptivität bedeutet in diesem Fall, dass die Plattform an verschiedene Nutzlasten, Umlaufbahnen und Missionsszenarien angepasst werden kann. TechnoSat selbst hat eine Masse von etwa 20 kg und misst ohne Antennen etwa 305 x 465 x 465 mm.

Die sieben Nutzlasten auf TechnoSat

Fluiddynamischer Aktuator

Der fluiddynamische Aktuator (FDA) ist ein neuartiger Lageaktuator für Kleinsatelliten. Die Technologie wurde an der Technischen Universität Berlin entwickelt und basiert auf dem Prinzip der Drehimpulsspeicherung mittels Flüssigmetall. Im Gegensatz zu Reaktionsrädern werden bei fluiddynamischen Aktuatoren keine mechanisch beweglichen Komponenten verwendet, so dass sie sich durch eine hohe Schockresistenz auszeichnen und praktisch verschleißfrei sind. Darüber hinaus liefern diese Aktoren durch den Einsatz von elektromagnetischen Pumpen hohe Drehmomente bei vergleichsweise geringer Leistungsaufnahme. Im Rahmen der TechnoSat-Mission werden erstmals die Lageregelungseigenschaften eines Flüssigmetall-Aktuators im Orbit untersucht.

Status des Experiments: Die Experimente mit dem FDA werden regelmäßig und erfolgreich durchgeführt. Nach einem halben Jahr In-Orbit-Betrieb zeigt der FDA keine erkennbare Degeneration. 

Laser-Retroreflektoren

Laser-Retroreflektoren werden auf Satelliten eingesetzt, um hochpräzise Entfernungsmessungen zu ermöglichen. Dazu werden Laser am Boden auf den Satelliten gerichtet und die Zeit gemessen, die der Laserpuls für den Weg zum Satelliten und zurück benötigt. Üblicherweise werden Reflektoren für die Laserentfernungsmessung auf Satelliten speziell entwickelt. Das vorgestellte Experiment auf TechnoSat soll die Eignung kostengünstiger, kommerzieller Reflektoren für die Laserentfernungsmessung auf Kleinsatelliten überprüfen. Das Experiment besteht aus 14 über die Außenfläche des Satelliten verteilten Laser-Retroreflektoren mit einem Durchmesser von jeweils 10 mm. Vor der Integration wurden die Reflektoren vom Helmholtz-Zentrum Potsdam - GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum charakterisiert. Die Entfernungsmessungen werden vom International Laser Ranging Service über verschiedene Stationen auf der ganzen Welt durchgeführt, während das German Space Operations Center (GSOC) die Satellitenbahnbestimmung und -ausbreitung auf der Grundlage der Entfernungsinformationen vornimmt. Die gewonnenen Laser Ranging Daten werden darüber hinaus für Studien über Lageänderungen des Raumfahrzeugs verwendet, die von der Austrian Academy of Sciences (ÖAW) durchgeführt werden. 

Status des Experiments: TechnoSat wurde am 30. Juli 2017 zum ersten Mal von einer australischen Station getrackt. Bis Januar 2018 wurde die Entfernung in mehr als 450 Überflügen von 16 verschiedenen Stationen gemessen (vgl. EUROLAS Data Center). Wir danken allen Stationen ganz herzlich für ihre Unterstützung!

S-Band-Sender HiSPiCO

HiSPiCO ist ein von der IQ wireless GmbH in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin entwickeltes Sendersystem für S-Band-Kommunikationsverbindungen von Kleinsatelliten zum Boden. Das breitbandige Downlink-System bietet eine Nettodatenrate von 1 Mbps bei einer Sendeleistung von 27 dBm bei 5 W Leistungsaufnahme. Diese technischen Parameter können durch projektspezifische Firmware-Konfigurationen an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. 

Der HiSPiCO-Sender an Bord des TechnoSat ist mit einer Patch-Antenne mit einem Öffnungswinkel von 85° und 6 dBi Gewinn verbunden. Er wird getestet, indem entweder Testmuster oder Bilder zur Analyse an den Boden gesendet werden.

Status des Experiments: Der S-Band-Sender wird erfolgreich und regelmäßig betrieben. 

Solar Generator Impact Detector (SOLID)

Das am DLR Bremen entwickelte Verfahren SOLID (SOLar generator based Impact Detector, ℗DE102012000260, ℗US8593165B2) ermöglicht die Detektion von Weltraummüll und Mikrometeoroiden unter Nutzung vorhandener Subsysteme eines Satelliten. Im Vergleich zu bekannten In-Situ-Systemen und -Konzepten bietet SOLID eine Reihe von Vorteilen, wie z.B.: eindeutige Identifizierung von Einschlägen, keine zusätzliche Sensorstruktur erforderlich (Nutzung der Solarpanel-Struktur des Satelliten), lange On-Orbit-Betriebszeit (Sensor-Betriebszeit nur durch die On-Orbit-Zeit des Satelliten begrenzt), sehr großer Sensor-Erfassungsbereich (Nutzung verschiedener Satelliten in unterschiedlichen Umlaufbahnen). Langfristiges Ziel ist die Bereitstellung von Messdaten für Umweltmodelle wie MASTER (ESA) oder ORDEM (NASA), um die Validierung und Standardisierung solcher Modelle zu ermöglichen. Standardisierte Simulationsmodelle helfen den Satellitenkonstrukteuren bei der Optimierung ihrer Systeme für künftige Erd- und interplanetare Missionen. Darüber hinaus trägt das Wissen zur Verbesserung von Space-Debris-Mitigation-Maßnahmen bei. Die erste On-Orbit-Technologie-Demonstration des SOLID-Erkennungssystems wird auf der TechnoSat-Mission der Technischen Universität Berlin durchgeführt. 

Status des Experiments: Der SOLID-Sensor ist kontinuierlich in Betrieb. 

Star Tracker STELLA

Das Projekt STELLA der Universität Würzburg befasste sich mit der Entwicklung und Qualifizierung eines Miniatur-Sternverfolgers für Pico- und Nanosatelliten. STELLA erfüllt alle relevanten Randbedingungen und Anforderungen von Pico- und Nanosatelliten: Größe, Masse, Leistungsaufnahme. Gesamtkonfiguration und Leistungsparameter wie die Genauigkeit sind so zugeschnitten, dass sie für die Pico- und Nano-Satellitenklasse geeignet sind, auch unter Kostengesichtspunkten. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Raumfahrtverwaltung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter dem Förderkennzeichen 50RM0901 gefördert. 

Status des Experiments: STELLA wurde zum ersten Mal am 9. September 2017 aktiviert. Der Sensor wird seither im erdnahen Orbit getestet. 

Reaktionsradsystem

Das Reaktionsradsystem besteht aus vier einzelnen Einheiten mit den Abmessungen 65x65x55 mm³ und einem Gewicht von je 315 g, die in einer Tetraeder-Konfiguration angeordnet sind. Jedes Rad verfügt über zwei mechanische Schnittstellen für eine flexible Integration und eine Strom- und Datenschnittstelle, die in einem einzigen Stecker vereint sind. Es können bis zu fünf verschiedene Steuerungsmodi gewählt werden, z. B. traditionelle Modi wie der Motordrehzahlmodus und der Motorrampenmodus (Drehmoment) oder (dank eines integrierten Gyroskops) einige spezielle Modi wie der Satellitengeschwindigkeitsmodus. Das Gehäuse ist abgedichtet und steht unter Druck, um ein besseres thermisches Verhalten zu erreichen, was auch die Verwendung von COTS-Schmiermitteln für die Kugellager des Motors ermöglicht. 

Stand des Experiments: Das Reaktionsradsystem wird im Rahmen des Lageregelkreises des Satelliten erfolgreich und regelmäßig betrieben. 

Kamera

Die auf TechnoSat verwendete CMOS-Kamera ist ein handelsübliches Produkt, das für den Einsatz im Weltraum modifiziert wurde. Der Sensor wurde mit einem 23-mm-Objektiv (f/4-Blende) kombiniert. Die Auflösung beträgt 640x480 Pixel bei einer Bodenpixelauflösung von 147 m. Damit erreicht die Kamera eine Schwadenbreite von 94 km. Die Kamera wurde in die Mission einbezogen, um Nutzlastdaten für den S-Band-Sender HiSPiCO zu generieren und wird zur Verifizierung des Lageregelungssystems von TechnoSat verwendet.

Status des Experiments: Die Kamera wird erfolgreich und regelmäßig betrieben.

Aus der TUBiX20-Familie

TechnoSat gehört zu der TUBiX20 Satellitenfamilie der TU Berlin und ist der erste seiner Art. Dabei steht die Modularität und Skalierbarkeit des Systems im Vordergrund. So wurden und werden weiterhin Kleinsatelliten mit den unterschiedlichsten Nutzlast auf einem TUBiX20 Satellitenbus integriert.

Neben TechnoSat als Technologiedemonstration verschiedenster Nutzlasten, zeigte TUBIN die Erkennung von Hochtemperaturereignissen über Mikrobolometer aus dem niederen Erdorbit. QUICK³ untersucht erstmalig Quantentheorien in der Schwerelosigkeit auf einer am Fachgebiet Raumfahrttechnik entwickelten Satellitenplattform. Im QUEEN Projekt wird die Einsetzbarkeit von optischen Quantentechnologien auf Nanosatelliten untersucht.

Teammitglieder

An der TU Berlin sind folgende Teammitglieder am Projekt beteiligt:

Ehemalig waren folgende Teammitglieder an dem Projekt beteiligt

  • Merlin Barschke, Projektleiter und Systemingenieur
  • Jens Daniel, studentischer Strukturmechanikingenieur
  • Karsten Gordon, Lageregelungssystemingenieur
  • Alexander Graf, studentischer Softwareingenieur
  • Stefan Junk, Elektronikingenieur
  • Danilo Költzsch, Struktur- und Thermalingenieur
  • Marc Lehmann, Elektronikingenieur
  • Lars Zander, studentischer Elektronikingenieur

Kontakt

M.Sc.

Julian Bartholomäus

Wiss. Mitarbeiter

julian.bartholomaeus@tu-berlin.de

+49 (0)30 314-24397

Einrichtung Fachgebiet Raumfahrttechnik
Sekretariat F 6
Gebäude F
Raum F 501

Dipl.-Ing.

Philipp Werner

Wiss. Mitarbeiter

philipp.werner@tu-berlin.de

+49 (0)30 314-21304

Einrichtung Fachgebiet Raumfahrttechnik
Sekretariat F 6
Gebäude F
Raum F 507