PRISMA Blog | 25. April 2011

Tango Foto-Shooting während AFC-2

Das zweite DLR-Experiment zur Autonomen Flugformationskontrolle (AFC-2) macht Tango zum Fotomodell am GSOC. Ein wenig Lagebestimmung, Kamera ausrichten und ... klick!

Das zweite Experiment am DLR zum Autonomen Formationsflug (AFC) ist dem Thema gewidmet, die Formation der beiden Satelliten mit Hilfe von relativer GPS Navigation vollständig autonom zu halten und zu rekonfigurieren. Es konnten verschiedene Konstellationen über vorgegebene Zeit-Intervalle autonom eingestellt und gehalten werden.

Nach 12 Tagen des AFC2-Experimentes wurde am 27. März im Rahmen der Inspektionsphase die geplante relative Umlaufbahn mit dem geringsten relativen Abstand erreicht. Gemäß der Planung wird sie als Gemometrie "I" bezeichnet und stellt die engste Formation der beiden Satelliten zueinander dar mit einem relativen Abstand von nur 30 Metern. Dieses Szenario - zusammen mit der Ausrichtung der Kamera auf Tango - bot die Chance für Aufnahmen von Tango mit dem Digitalen Video Systems (DVS).

Als Teil der Operationen in Geometrie "I" wurde also eine Videosequenz geplant. Diese startete um 22.40 Uhr UTC, dauerte 2.850 Sekunden und schoss alle 75 Sekunden ein Bild. Die Position von Mango zu Beginn wird in Abb. 1 mit dem grünen Punkt gekennzeichnet. Jeder Punkt auf dem nominalen relativen Orbit kennzeichnet ein Foto der Bildsequenz. Die zu den rot markierten Punkten zugehörigen Bilder sind in den Abbildungen 2, 4 und 6 zu sehen - benannt als Bilder A, B und C. Die verfolgte Strategie ergibt sich aus Abb. 1, in der die Flugbahn von Mango relative zu Tango in der Ebene senkrecht zur Flugrichtung dargestellt ist. Mango bewegt sich im Uhrzeigersinn. In Bild A wird Tango aus Sicht von Mango gezeigt - in minimaler relativer Distanz - ohne die Erde im Hintergrund. Auf den Bildern B und C, die kurz danach aufgenommen wurden, kommt die Erde in das Sichtfeld der Kamera während Tango sich wieder annähert.

Abb. 1 Nominale relative Bahn von Mango (blaue Linie) in Bezug auf Tango (Koordinaten-Ursprung)

Nach dem Experiment wurden die echten Fotos analysiert und mit Abbildungen verglichen, die mit einer speziell entwickelten Software erstellt wurden, die das Verhalten der Kamera simuliert. Die Geometrie des relativen Orbits wird in dieser Software durch die an Board berechnete Position nachgebildet. Die Lage hingegen wurde implementiert, wie sie auch in der Flugsoftware implementiert ist. Dieser Vergleich von realen Bildern mit Simulationen verfolgt im wesentlichen zwei Ziele: Verbesserungen unserer Einsicht in die echten Bilder und Weiterentwicklung des Systems zur Planung der Aufnahmen. So können in Zukunft auch andere Versuchsreihen mit Hilfe echter Aufnahmen besser ausgewertet werden - auch wenn die Bilder aus größeren Entfernungen aufgenommen wurden und so schwieriger zu interpretieren sind.

AFC 2

Abb. 2 Tango um 22:45:00 UTC (Bild A)

Abb. 3 Simulierte Grafik zu Bild A

AFC-2

Abb. 4 Tango um 23:17:30 UTC (Bild B)

Abb. 5 Simulierte Grafik zu Bild B

Abb. 6 Tango um 23:23:45 UTC (Bild C)

Abb. 7 Simulierte Grafik zu Bild C

Die leichten zeitlichen Unterschiede zwischen den echten und den simulierten Bildern ergeben sich durch die Nachbildung des an Bord der Raumfahrzeuge bestimmten Bahnen. Die Bahninformationen stehen nur alle zehn Sekunden zur Verfügung und beinhaltet eine kleine Drift durch die Abgleichung des GPS.

In allen Simulations-Abbildungen ist das Sichtfeld der Kamera durch das schwarz-gestrichelte Rechteck angezeigt. Die roten und grünen Linien zeigen die x- und y-Achse des Koordinatensystems im Kamerabild. Dank dieser Informationen kann man visualisieren, wohin die Sichtlinie zeigt (in Flucht mit z-Achse). Das Design des TANGO-Satelliten ist vereinfacht dargestellt durch eine Box, deren dunkle Seite die Solarpaneele wiederspiegelt. Die anderen Seiten sind rot, grün und blau dargestellt - ergänzt durch die gestrichelten Linien, die die Ausrichtung der Achsen zeigen. Die +y-Achse liegt dabei zwischen den beiden geneigten FFRF-Antennen, die +z-Achse deckt sich mit der Normalen der Solarpaneele. Die beiden letzten Segmente in gelb und schwarz markieren die Sonnen- und die Nadirrichtung im TANGO-Körperkoordinatensystem. Der Winkel zwischen Sonne und +z-Achse ergibt sich aus der eingestellten Lageausrichtung. Wie erwartet zeigt sich in Abbildung 5 und 7 die Erde im Blickfeld der Kameras.

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