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WiSe-Net - Sensordaten drahtlos übertragen

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  • Alexander Gerst übt für WiSeNet%2dExperiment

    Alexander Gerst übt für WiSeNet-Experiment

    Das deutsche WiSeNet-Experiment, das Alexander Gerst auf der Raumstation durchführt, sammelt über kabellose WLAN-Sensoren wichtige Daten wie Temperatur, Lichtstärke, Vibrationen, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck im Columbus-Modul. Aus diesen Energiequellen kann man kleine Strommengen für mobile Geräte mit geringer Leistung gewinnen.

  • Drahtlose Übertragung von Sensordaten

    Drahtlose Übertragung von Sensordaten

    Der WiSe-Net Technologie-Demonstrator besteht aus vier Messeinheiten, die im Columbus-Modul verteilt angebracht werden. Es können jeweils eine Reihe von Messdaten wie etwa Umgebungstemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Beschleunigung und Lichtstärke in der Umgebung des Sensors erfasst werden. Die Daten werden an eine Basis-Station per Funk übertragen.

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

In vielen terrestrischen Anwendungen erfassen kleinste Sensoren spezielle Messwerte. Sehr verbreitet sind beispielsweise Beschleunigungs- und Drehratensensoren in Autos aber auch in Smartphones. So bestimmen die Sensoren in Mobiltelefonen die räumliche Lage, um den Bildschirm zum Betrachter hin auszurichten. Die verwendeten Sensoren basieren auf der sogenannten Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)-Technologie, die eine Miniaturisierung auf Mikro-Millimeter Größe erlaubt. Klassische verteilte Messsysteme sind in der Regel kabel-gebundene Systeme. Je nach Größe oder auch räumlicher Ausdehnung entsteht ein nicht zu vernachlässigender Aufwand beim Aufbau. Zudem sind sie meist für Veränderungen in der Struktur unflexibel.

Abhilfe bringt hier eine drahtlose Übertragung der Messdaten zum Beispiel über Funk. Für Systeme mit vergleichbar geringem Datenaufkommen eignet sich der sogenannte ZigBee-Standard, der auf einem genormten Protokoll aufsetzt. In der Kombination von MEMS, extrem stromsparenden Mikroprozessoren und der Funk-Übertragung lassen sich sehr einfach Messsysteme aufbauen und individuell an die jeweiligen, sich möglicherweise ändernden, Umgebungen anpassen. Trotz der sehr energiesparenden Technologie bleibt aber die Frage nach der Energieversorgung. Die genannten Vorteile gingen verloren, wenn erneut Kabel zum Einsatz kämen. Bei der Versorgung nur über Batterien entstünde durch das regelmäßige Wechseln ein erhöhter Aufwand beim Betrieb, der sich deutlich reduzieren ließe, wenn die in der Umgebung des Sensors vorhandene Energie genutzt werden könnte. Unter dem Begriff "Energieernten" ("Energy Harvesting") werden eine Reihe vielversprechende Ansätze erforscht, wobei die Nutzung von (Sonnen-) Licht der bekannteste ist. Mit WiSe-Net (WIrelessSEnsor-NETwork) als Demonstrator sollen in einer ersten Phase diese neuen Technologien für Raumfahrtanwendungen erprobt werden.

Experimentbeschreibung:

Der WiSe-Net Technologie-Demonstrator besteht aus vier Messeinheiten, die im Columbus-Modul verteilt angebracht werden. Es können jeweils eine Reihe von Messdaten wie etwa Umgebungstemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Beschleunigung und Lichtstärke in der Umgebung des Sensors erfasst werden. Die Daten werden an eine Basis-Station per Funk übertragen. Neben den Sensordaten wird euch eine Statistik über die Qualität des Funknetzes erstellt. In regelmäßigen Abständen werden Datenpakete zusammengestellt und über die ISS-Kommunikation zum Boden übertragen. Während der geplanten operationellen Phase von sechs Wochen werden sämtliche Daten archiviert und regelmäßig analysiert. Darüber hinaus ist auch eine zeitnahe Beobachtung von WiSe-Net Daten im Support Center möglich.

Status:

Die Abnahme des Technologie-Demonstrators ist erfolgreich abgeschlossen und das Flugmodell wird für den Transport zur ISS an Bord des europäischen Weltraumtransporters ATV-5 vorbereitet.

Ergebnisse:

Von den Betriebsdaten kann eine Aussage über die Robustheit des Systems abgeleitet werden wie etwa die Übertragungsqualität der Funkverbindung, Ausfallraten von Sensorik und andere Kennwerte werden hierzu ausgewertet. Ein weiterer Aspekt ist die Analyse der Sensordaten selbst. Diese sollen Anzeichen für mögliche Quellen zur Energiegewinnung im Sensorumfeld liefern.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Anwendungen für Sensorik in räumlich verteilten Systemen, die einerseits weitgehend unabhängig von ihrer Energieversorgung sind, lassen sich in verschiedenen terrestrischen Bereichen als auch in der Raumfahrt finden. Oft ist neben einem etablierten Messsystem ein weiteres unabhängiges gefordert. Dies kann etwa unterstützend zum nominellen Betrieb der ISS notwendig sein, als auch zusätzlich Betriebsdaten während eines Raketenstarts ermitteln. Netzwerke wie WiSe-Net bieten hierfür eine Vielzahl von möglichen Sensoren und lassen sich gleichzeitig flexibel auf die Rahmenbedingungen anpassen. Mit der Weiterentwicklung ist auch eine Miniaturisierung zu erwarten. Ein noch geringer Energiebedarf bei gleichzeitiger Nutzung der Energien aus der Umgebung wird die Betriebszeiten spürbar verlängern können.

 

Start: Sommer 2014 / ATV-5 Georges Lemaître (geplant)
ISS-Zeitraum Sommer 2014 - bei Erfolg weitere Messungen in 2015 geplant
Unterbringung Columbus-Modul
Experimentator Hans Jörg Beestermöller
Einrichtung Airbus Defence & Space, Friedrichshafen
Bereich industrielle Nutzung, Technologie-Demonstration
Partner ESA

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 13:50:21 Uhr