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OPS-SAT – neue Weltraumtechnologie

2013 schickte Österreich seinen ersten Satelliten ins All. Der an der TU Graz in Kooperation mit dem Spaceflight Lab der Universität Toronto entwickelte Nanosatellit TUGSAT-1/BRITE-Austria liefert seither neue Erkenntnisse über die Eigenschaften bestimmter Sterne in Sternenfeldern wie Orion, Centaurus oder Perseus. Der Erfolg dieses Projekts veranlasste die Europäische Weltraumorganisation, Forschende im Field of Expertise Information, Communication & Computing der TU Graz mit einem weiteren Satellitenprojekt zu beauftragen: Ab 2017 soll OPS-SAT neue Weltraumtechnologien und Kommunikationsabläufe im All unter realistischen Bedingungen auf ihre Betriebstüchtigkeit testen.

Der erste österreichische Satellit

Der erste österreichische Satellit im All, TUGSAT-1, wurde in Graz realisiert. Seit 2013 umkreist TUGSAT-1 als einer von 5 Nanosatelliten die Erde. Nanosatelliten sind Kleinsatelliten mit einem Gesamtgewicht zwischen 1 und 10 kg. In fast 3 Jahren hat der Satellit die Erde ca. 15.000 Mal umrundet und über 670 Millionen Kilometer zurückgelegt. Seine Aufgabe ist es, Daten über die Helligkeitsschwankungen heller, massereicher Sterne zu sammeln. Von diesen Informationen erhoffen sich die Forschenden neue Erkenntnisse über die physikalischen Eigenschaften  dieser Sterne und Verbesserungen der Theorien über das Entstehen unseres Universums. Aus den ursprünglich geplanten 2 Jahren im All werden letztlich 4 werden, berichtet Otto Koudelka, der Projektleiter. Danach wird uns die Auswertung der wertvollen Daten auf Trab halten.

Tabus brechen

Aufgrund der Erfolge des Satelliten TUGSAT-1 erhielt die TU Graz von der ESA (Europäische Weltraumorganisation) den Zuschlag für ein weiteres Nanosatelliten-Projekt. Mit dem Nanosatteliten OPS-SAT wollen wir neuartige Weltraumsoftware und Übertragungsprotokolle während des orbitalen Flugs auf ihre Zuverlässigkeit testen, so Otto Koudelka, Leiter der 2017 startenden Mission. Mit diesen In-Orbit-Tests wird erstmals ein strenges Tabu der Raumfahrt gebrochen: Aus Gründen der Sicherheit setzt die Europäische Weltraumorganisation ebenso wie andere Weltraumorganisationen auf bewährte Technologie: Was einmal funktioniert, wird aus Zuverlässigkeitsgründen lange nicht verändert, erläutert Koudelka. Im Satellitengeschäft herrschen deshalb zum Teil noch die Kommunikationsstandards aus den 1980er und 1990Jahren. Um die Tür für Neues zu öffnen, sollen im fliegenden Labor OPS-SAT modernste Prozessoren, programmierbare Funkempfänger und Weltraumsoftware mit geringem Risiko unter realen Bedingungen getestet werden.

Mission All

Mit an Bord befindet sich ein so genannter Software-Defined Radio-Empfänger, mit dessen Hilfe Störungen von Funkfrequenzen identifiziert und auch lokalisiert werden können. Diese Hardware wird auch verwendet, um Satellitennavigationssigale zu analysieren, die sowohl auf direktem Wege, als auch über Bodenreflexionen zum Satelliten gelangen, womit unter anderem präzise Höhenmessungen möglich sein werden. Mit an Bord ist eine auf die Erde gerichtete Kamera, die einfache Fernerkundungsaufgaben – etwa das frühzeitige Entdecken von Waldbränden – erfüllen kann. Echtzeit-Videos können über einen speziellen Mikrowellensender gestreamt werden, der eine Datenrate von bis zu 50 Mbit/Sekunde erlaubt. Außerdem steht die erste optische Datenübertragung zu einem Nanosatelliten via Licht am Plan, und zwar zwischen OPS-SAT und dem Observatorium Lustbühel in Graz.

Den Forschenden auf der Spur

Die Forschenden erproben unter anderem bei der Nanosatelliten-Mission OPS-SAT

  • neue Übertragungsprotokolle und operationelle Prozeduren für zukünftige Weltraummissionen
  • die zuverlässige und effiziente Änderung der Hard- und Software-Konfiguration im Flug
  • verbesserte Lageregelungsalgorithmen.
  • die optische Kommunikation zu einem Kleinsatelliten
  • Spektrum Analyser im All zur Detektion von Funkstörungen und GPS Occultation
  • Echtzeit-Videoübertragung mit hohen Datenraten

Nanosatelliten auf dem Vormarsch

Wie TUGSAT-1 wird auch OPS-SAT ein sehr kleiner Satellit werden: 10 x 10 x 30 cm sind seine zarten Maße, wobei noch die zwei ausklappbaren Solarzellen von 20 x 30 cm hinzukommen. Mittlerweile boomt die Kleinsatellitentechnologie weltweit. Vor einigen Jahren noch wurden Nanosatelliten als ‚Weltraummüll mit einem Sender‘ und ‚Spielzeug für Universitäten‘ verunglimpft, lacht Otto Koudelka. Inzwischen haben Weltraumagenturen und Industrie aber erkannt, dass man mit Nanosatelliten neue Technologien rasch und kostengünstig ausprobieren kann. Eine klassische Satellitenmission kostet mehrere Millionen Euro, eine Nanosatellitenmission ist deutlich kostengünstiger und auch rascher umsetzbar. So kostet das Nanosatelliten-Projekt OPS-SAT lediglich 2,4 Millionen Euro.

Weltraumtechnologie im Alltag

Was aber bringt die Weltraumforschung außer Prestige einer Gesellschaft wirklich? Tatsächlich ist die Weltraumtechnik aus unserem Alltag längst nicht mehr wegzudenken, ist Otto Koudelka überzeugt. Man denke nur an die Telekommunikation – auch in Österreich wird die Hälfte aller TV-Programme über Satellit empfangen. Auch Wettervorhersagen oder Navigationssysteme beziehen ihre Daten von Satelliten. Ohne Fernerkundungssatelliten hätte man zum Beispiel das Ozonloch nicht entdeckt und die dafür mitverantwortlichen gefährlichen Gase nicht verboten.

Bildquelle: Peter Schotter – TU Graz

TUGSAT-1 ist der erste österreichische Satellit im All und liefert seit 2013 sensationelle Ergebnisse an die Bodenstation der TU Graz.

Bildquelle: Lunghammer – TU Graz
Otto Koudelka, Projektleiter

Um den Nanosatelliten bis 2017 startklar zu machen, haben wir ein dichtes Programm abzuarbeiten. In diesen 2 Jahren müssen wir den Satelliten designen und bauen, die gesamte Software ist zu schreiben, zu integrieren und zu testen. Allein für die Tests werden wir 11 Monate benötigen. Denn erfahrungsgemäß kann alles schief gehen, was vorher nicht sorgfältig getestet wurde.

Bildquelle: TU Graz/IKS

Das Team vom Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation:

von links: Mathias Binder, Otto Koudelka, Franz Teschl, Andreas Merdonig, Reinhard Zeif, Patrick Romano, Robert Finsterbusch, Maximilian Henkel, Manuela Unterberger

Bildquelle: Melbinger – TU Graz, dell – Fotolia.com

OPS-SAT ist ein fliegendes Weltraum-Labor und startet 2017 als erste Nanosatellitenmission der Europäischen Weltraumorganisation ins All.

 

 

 

Bildquelle: Lunghammer – TU Graz
Bildquelle: R. Finsterbusch – TU Graz

Werden die beiden Sonnensegel ausgeklappt vergrößert sich die Fläche des OPS-SAT um 20 mal 30 cm (Modelldarstellung).

Bildquelle: R. Finsterbusch – TU Graz

OPS-SAT ist ein Nanosatellit und bei einem Gesamtgewicht von 5 kg nur 10 x 10 x 30 cm groß (Modelldarstellung).

Kontakt

Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation
Inffeldgasse 12/I
8010 Graz

Otto KOUDELKA
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Projektleiter
Tel.: +43 316 873 7440
koudelkanoSpam@tugraz.at

Patrick ROMANO
Dipl.-Ing.Dr.
Systemingenieur
Tel.: +43 316 873 7955
patrick.romanonoSpam@tugraz.at

Manuela UNTERBERGER
Dipl.-Ing
Systemingenieurin
Tel.: +43 873 873 7445
manuela.unterbergernoSpam@tugraz.at

Zusammenarbeit macht erfolgreich

Um die Forschungsziele zu erreichen, kooperieren Forschende des Bereichs OPS-SAT im Field of Expertise Information, Communication & Computing der TU Graz national und international mit zahlreichen Forschungseinrichtungen.

Nationale Kooperationen

  • Institut für Elektronik, TU Graz
  • Institut für Hochfrequenztechnik, TU Graz
  • Institut für Regelungstechnik und Automatisierungstechnik, TU Graz
  • Institut für Technische Informatik, TU Graz
  • Institut für Weltraumforschung, Österr. Akademie der Wissenschaften, Graz
  • MAGNA STEYR Engineering AG & Co KG, Graz 
  • Unitel IT Solutions, Graz

Internationale Kooperationen

  • Berlin Space Technologies, Deutschland
  • Europäische Weltraumorganisation ESA
  • GMV, Polen
  • GOMSPACE, Dänemark
  • MEW Aerospace, Deutschland
  • Space Research Institute Warsaw, Polen