Arbeitsgruppe Instrumentenrechner für die Raumfahrt

 

 

 

Kompaktrechner für Raumsonden

Messsysteme auf Raumsonden liefern Datenmengen, die in der Regel nicht direkt zur Erde übertragen werden können, und daher vorverarbeitet werden müssen. Vordefinierte Betriebsarten müssen auf Kommando von der Bodenstation automatisch ablaufen. Dazu dienen sogenannte Instrumentenrechner oder DPUs (Digital Processing Units). Es handelt sich dabei meist um Mikroprozessor- oder Signalprozessorsysteme, die in dieser Arbeitsgruppe speziell für den Raumfahrteinsatz entwickelt werden.
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Halbleitermassenspeicher für Raumsonden

Raumsonden enthalten heute Systeme, die große Datenmengen erzeugen, z.B. Kameras. Andererseits ist die Datenübertragung vom Raumfahrzeug zur Bodenstation oft zeitlich oder in der Kapazität begrenzt. Um die anfallenden Datenmengen zwischenzuspeichern, auch um sie ggf. komprimieren zu können, werden große Halbleiterspeicher eingesetzt, die mit einigen hundert bis zu einigen tausend Speicher-ICs Kapazitäten von Festplatten realisieren und die hohe Zugriffsraten erlauben.
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Testgeräte für Systeme auf Raumsonden

Die in den entsprechenden Arbeitsgruppen entwickelten Mess- und Speichersysteme für Raumsonden müssen auf der Erde auf zuverlässige Funktion getestet werden. Dafür müssen ihre Schnittstellen entsprechend beschaltet werden können. Zu diesem Zweck werden Testgeräte auf PC-Basis entwickelt, die mit PCI-Interface-Karten zur Nachbildung der Schnittstellen in den Raumsonden bestückt sind. Da die Schnittstellen sehr speziell sind, müssen auch die PCI-Karten in der Regel jeweils neu entwickelt werden, um die heute zum Teil hohe Datenraten bewältigen zu können.
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Applikationssoftware

Die entwickelten Instrumentenrechner und die Testgeräte benötigen eine angepasste Betriebssoftware. Dazu sind in der Arbeitsgruppe konfigurierbare Softwaresysteme entwickelt worden, die als leicht zu handhabende Plattformen für die Entwicklung von Anwendungssoftware dienen. Auf dieser Basis werden komplexe Algorithmen wie Bilddatenkompression sowie DPU- und Testgerätesteuerungen realisiert.
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Datensicherheit in der Satellitenkommunikation

Die Kommunikation mit Satelliten und Raumsonden erfolgt über standardisierte Protokolle, die offen gelegt sind (z.B. CCSDS, DVB-S). Datensicherheit spielt, wie generell bei IT Systemen, auch hier eine zunehmende Rolle, um z.B. sensitive Erdbeobachtungsdaten zu schützen. Sowohl in den Raumfahrzeugen als auch in den Bodenstationen sind daher Systeme für Datenverschlüsselung, Authentisierung und Schlüsselverteilung notwendig, die zum Teil auch hohe Datenraten unterstützen müssen. Das IDA arbeitet in mehreren Studien und Projekten an solchen Systemen.

 

Strahlungstests von elektronischen Komponenten

Elektronische Bauteile sind in der Regel empfindlich gegenüber hochenergetischen Partikeln, die im Weltraum zur Strahlungsumgebung beitragen. Die Partikel erzeugen Ionisationsspuren in den Halbleiterbauelementen, die verschiedene Fehlereffekte in den Bauelementen verursachen. Um geeignete Gegenmaßnahmen im Design von Rechnern und Speichern für den Weltraumeinsatz muss man die Eigenschaften der Bauelemente unter dem Einfluss der Partikelstrahlung kennen. Dazu führt das IDA Testkampagnen an Teilchenbeschleunigern durch, die mit Hilfe spezieller, auf die jeweilige Bauteileklasse abgestimmter Testelektronik Aufschluss über das Verhalten der Bauelemente gibt und somit eine Modellierung des Fehlerverhaltens ermöglicht.

 

Kommunikationsarchitekturen für Echtzeitsysteme

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 562[EXTERNAL] "Robotersysteme für Handhabung und Montage" werden methoden- und komponentenbezogene Grundlagen für die Entwicklung von Robotersystemen auf Basis geschlossener kinematischer Ketten (Parallelroboter) erarbeitet, um damit das strukturelle Potential dieser Roboter besser erschließen zu können. Dabei stehen vor allem hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen im Vordergrund, wie sie im Anwendungsfeld der Handhabung und Montage erforderlich sind. Am IDA wird dafür die echtzeitfähige Kommunikationsstruktur entwickelt.
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System-on-Chip Wire (SoCWire)

SoCWire[EXTERNAL]  is a Network-on-Chip (NoC) approach based on the ESA SpaceWire interface standard to support dynamic reconfigurable System-on-Chip (SoC). SoCWire has been developed to provide a robust communication architecture for the harsh space environment and to support dynamic partial reconfiguration in future space applications.

 

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