Satelliten sammeln fortwährend große Datenmengen an, die für die Auswertung möglichst kontinuierlich an eine Bodenstation übertragen werden müssen. Auf Grund der Sichtbarkeit des Satelliten von der Erde aus beträgt die Zeit für eine direkte Übertragung der Daten zu einer Bodenstation nur wenige Minuten pro Tag. Eine Lösung dieses Problems ist die Datenübertragung über einen geostationären Relaissatelliten. Er hat von seiner erhöhten Position aus fast ständig Kontakt zu niedrig fliegenden Satelliten und kann gleichzeitig kontinuierlich über eine Bodenstation Daten zur Erde senden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens GeReLEO, gefördert durch die Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie, ist das Gäufeldener Steinbeis-Innovationszentrum Raumfahrt in die Entwicklung eines solchen Kommunikationssystems eingebunden.
Kernelement dieses Systems ist ein auf einem Field Programmable Gate Array (FPGA) basierendes Modem für den Einsatz auf einem LEO (Low Earth Orbit)-Satelliten, in dem die Algorithmen für die adaptiven Übertragungsverfahren realisiert sind und eine Multibeam- Empfangsantenne für den Transponder auf dem geostationären Relaissatelliten.
Für das LEO-Modem wird das Steinbeis-Innovationszentrum ein weltraumtaugliches FPGA nutzen, das bei Konfigurierbarkeit, Geschwindigkeit bei der Datenverarbeitung und Ressourcennutzung wesentliche Vorteile gegenüber einem Prozessor bietet. Da die Erstellung der Modem-Firmware mit der Hochsprache Handel-C erfolgt, lassen sich komplexe Modulations- und Synchronisationsverfahren sehr effizient simulieren und in Hardware realisieren. Auf Grund der Relativbewegung zwischen den Satelliten und die damit zusammenhängende stetige Änderung des relativen Abstands sind adaptive Übertragungsverfahren notwendig, die sich den vorliegenden Bedingungen anpassen können. Außerdem ist die Signaldämpfung im vorgeschlagenen Ka- Band von der Luftfeuchtigkeit abhängig und ändert sich dadurch kontinuierlich. Die Aufgabe des Modems ist es, zu dem gegebenen Übertragungskanal die Algorithmen so zu wählen, dass der Datendurchsatz einerseits maximiert wird, andererseits die Fehlerrate unter einem bestimmten Limit bleibt.
Die verbesserten, kanaladaptiven und bandbreiteneffizienten Codierverfahren werden vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation und der Technischen Universität München entwickelt und von den Steinbeis- Experten auf einem FPGA implementiert. Nach einer erfolgreichen Demonstration der Technik am Boden soll im nächsten Schritt eine Demonstration im Orbit erfolgen, dafür wird ein flugfähiges Modem für einen LEO-Satelliten und ein Transponder für einen GEO-Satelliten realisiert. Das Steinbeis-Innovationszentrum Raumfahrt wird für diese Flughardware die Geräteverantwortung übernehmen.
Dr. Michael Gräßlin | Prof. Dr. Felix Huber
Steinbeis-Innovationszentrum Raumfahrt (Gäufelden)
su1319@stw.de
Lichttechnische Anwendungen haben in den vergangenen zehn Jahren einen Innovationsschub erlebt: Sowohl in der Fahrzeugbeleuchtung wie in der Allgemeinbeleuchtung finden Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle vermehrt Einsatz. Bei der Entwicklung von derartigen Beleuchtungssystemen werden immer häufiger Simulationsverfahren eingesetzt. Das Steinbeis-Transferzentrum Angewandte Lichttechnik unterstützt Unternehmen, den neuen Herausforderungen beim Einsatz von LEDs zu begegnen.
Oft beginnt die Zusammenarbeit mit Kunden, indem die Steinbeis-Experten beim Kunden vor Ort Mitarbeiter in den lichttechnischen Grundgrößen, Messverfahren und dem prinzipiellen Vorgehen bei der Auslegung von LED-Beleuchtungssystemen schulen. Neben diesen individuellen Schulungen arbeitet das Zentrum mit Tagungsanbietern zu Spezialthemen zusammen und bietet ein breites Spektrum zur Mitarbeiterqualifizierung an. Als Veranstalter des „International Light Simulation Symposium“ (ILISIS) ist das Steinbeis-Transferzentrum außerdem mit den wichtigsten Lichtsimulations-Softwarehäusern in der ganzen Welt vernetzt.
Technologietransfer soll auch Hilfe zur Selbsthilfe sein – Kunden werden beratend begleitet, mittelfristig können auch hausintern mit eigenen Kräften Entwicklungen von LED-Beleuchtungssystemen geleistet werden.
Prof. Dr.-Ing. Alexander von Hoffmann
Steinbeis-Transferzentrum Angewandte Lichttechnik Altdorf bei Nürnberg
Alexander.vonHoffmann@stw.de