Test und Validierung leistungsstarker Steuerungssoftware für Nanosatelliten mit dSPACE ASM Satellite

Angehende Ingenieure der Embry-Riddle Aeronautical University (ERAU) und der University of Arkansas forschen und entwickeln zusammen am Entwurf und der Konstruktion eines Nanosatelliten. Die Studenten arbeiten mit einem dSPACE System, bestehend aus einem dSPACE Simulator Mid-Size für die Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulation, Prozessorkarten, Ethernet-Entwicklungswerkzeugen und der Software dSPACE ASM Satellite.

Wettbewerb Nanosatellit

Das Nanosatelliten-Projekt ist Teil eines Wettbewerbs, der von der Air-Force-Forschungseinrichtung „Air Force Office of Scientific Research and the Space Vehicles Directorate“ gefördert wird. 10 US-amerikanische Universitäten nehmen daran teil, wobei der Schwerpunkt des Wettbewerbs auf dem Bereich Bildung und technische Innovation liegt.

„Wir bilden zukünftige Experten für die Entwicklung von Luft- und Raumfahrtsystemen anhand von Erfahrungen aus der Praxis aus“, so Dr. Bodgan Udrea, Dozent für Luft- und Raumfahrttechnik an der Embry-Riddle-Universität. „Ein wesentlicher Vorteil des Programms liegt darin, dass die Studenten eine harte Schule durchlaufen, bevor sie in der Industrie auf eigenen Beinen stehen müssen."

ARAPAIMA

ARAPAIMA steht für „Application for RSO Autonomous Proximity Analysis and IMAging“.

Ziel des Projekts sind Aufbau, Entwurf und Einsatz eines Nanosatelliten, einschließlich des Teilsystems für die Telekommunikation. Der Satellit wird zum Überwachen und Abbilden im dreidimensionalen sichtbaren und Infrarot-Bereich von Objekten im All (RSO, Resident Space Objects) eingesetzt.

Lt. Dr. Udrea ist die niedrige Erdumlaufbahn derzeit mit Weltraumschrott und Hunderten Satelliten überfüllt und beides gefährdet zukünftige Weltraummissionen. Das ARAPAIMA-Projekt soll helfen, diese Problematik anzugehen und bezahlbare, risikoarme Nanosatellitentechnologie zu entwickeln, mit deren Hilfe die Objekte effizient beseitigt werden können.

Einsatz der dSPACE Werkzeuge

Als Trägerkonstrukt der Onboard-Software wollen die Studenten dSPACE ASM Satellite einsetzen. „Weiter ausbauen wollen wir diesen Träger mit unseren eigenen Satellitenmodellen, also der Regelstrecke. Dazu gehören auch die von uns entwickelten Sensoren und Aktoren sowie die Umgebung und die Regler. Geplant ist zudem der Einsatz von dSPACE TargetLink in späteren Phasen des Projekts, um den Seriencode für die Regler automatisch zu generieren.“

Um die nicht selten abweichenden Programmierarten und Dokumentationsstile der Teammitglieder abzufangen, setzen die Studenten um Dr. Udrea auf die Schnittstellendefinitionen von dSPACE ASM Satellite.

Darüber hinaus ist der Einsatz eines dSPACE Echtzeitsystems als Kern des Simulators vorgesehen (siehe Abbildung 1).

„Wir möchten die im Labor verwendeten EQM (Engineering Qualification Models)-Modelle für die Komponenten des Lageregelungssystems, für den Antrieb und für die Kommunikationsteilsysteme größtenteils hinzukaufen“, führt Dr. Udrea weiter aus. „Wir werden diese mit den Onboard-Rechnern für die Regler verbinden. Das dSPACE System wird die Modelle des Nanosatelliten, also die Regelstrecke, ausführen.“ 

Initiative K-12 STEM

Die Ingenieurstudenten entwickeln nicht nur den Nanosatelliten, sondern fördern im Rahmen der Initiative K-12 STEM auch aktiv den Nachwuchs. So besuchen die Teammitglieder Schulen vor Ort und teilen ihre Erfahrungen im Satellitenprojekt, um das Interesse an Wissenschaft und Technik zu wecken. Auch dürfen Studenten der niedrigeren Semester unter Anleitung Modelle und Wasserraketen starten und die Mitglieder im Forschungslabor besuchen, um die Projektfortschritte des Nanosatelliten zu verfolgen. Gebaut wird der Nanosatellit in sechs Abschnitten: Entwurf des Systemkonzepts, Identifikation der Systemanforderungen, Vorentwurf, Entwurf, Prototypenqualifizierung und Demonstration der Flug-Hardware.

Das Sieger-Team wird im Januar 2015 bekannt gegeben und erhält eine Zusatzfinanzierung für die Konstruktion und den Start ihres Satelliten. Wir wünschen den Universitäten Embry-Riddle und Arkansas viel Erfolg!

Bogdan Udrea