Software-Applikationen für die Missionsplanung



 Während der letzten fünf Jahrzehnte war das GSOC für die Vorbereitung und Durchführung zahlreicher bemannter und unbemannter Raumfahrtmissionen verantwortlich. Effiziente und professionelle Planung der Aktivitäten des Raumfahrzeuges und der am Boden während der Mission ist dabei stets ein entscheidender Faktor für den Erfolg.

Die Aufgaben der Missionsplanung umfassen u.a.

  • Sammlung und Analyse sämtlicher Informationen, Ressourcen und Anforderungen im Vorfeld der Mission
  • Die Entwicklung anspruchsvoller, intelligenter und schneller Anwendungen zur Unterstützung von Missionsvorbereitung und –durchführung (siehe dazu die Programmliste weiter unten)
  • Planung aller Aktivitäten an Bord eines Raumfahrzeuges und ebenso der daraus abgeleiteten Bodenaktivitäten
  • Automatische oder interaktive Generierung der Mission-Timeline
  • Verteilen der entsprechenden Ergebnisse (z.B. ausführbare Befehle für Raumfahrzeug, Plan für Bodenstationseinsatz, etc.) und der entsprechenden Dokumentationen

Die erfahrenen Wissenschaftler des Missionsplanungs-Teams am GSOC haben für die Missionsdurchführung ein eigenes Planungssystem für die Optimierung und Koordinierung sämtlicher On-Board-Aktivitäten eines Raumfahrzeuges entwickelt. Dieses System wird kontinuierlich durch Integration neuer Planungskonzepte verbessert, um aktuellen und zukünftigen Ansprüchen gerecht zu werden. Dies kann kurzfristig, in schon im Betrieb befindlichen Anlagen, durch einfache Anpassung der Konfiguration der Planungsbedingungen und -regeln erfolgen, aber sich natürlich insbesondere für mittel- und langfristige Projekte im Gesamtdesign widerspiegeln.

Das GSOC Planungssystem ist eine etablierte und bewährte Tool-Suite

  1. Erfolgreich eingesetzt bei bemannten Missionen wie Spacelab, D-2, X-SAR/SRTM, MIR
  2. Ebenso erfolgreich verwendet bei wissenschaftlichen Satellitenmissionen (CHAMP, GRACE 1&2, TerraSAR-X und TanDEM-X, TET-1).

Sie kann verschiedenartig konfiguriert werden, um ein breites Spektrum von Missionsanforderungen abzudecken. Die Hauptkomponenten sind:

  • PLATO (PLAnning TOol) – Ein extrem schneller und intelligenter Scheduler
    Die Stärken liegen in den flexiblen und anschaulichen Modellierungsmöglichkeiten und umfangreicher Unterstützung für die Erstellung von kundenspezifischen Algorithmen. Standard-Algorithmen stehen zur Verfügung, die mittels eines ausgefeilten Plugin-Mechanismus kombiniert und erweitert werden können und so die üblichen Planungsanforderungen abdecken. PLATO kann als eine 'Stand-Alone'-Bibliothek in vollautomatische Planungssysteme eingebunden werden (aktuelles Beispiel: TerraSAR-X und TanDEM-X).
  • PINTA (Program for Interactive Timeline Analysis) – Ein interaktives Planungs- und Visualisierungstool
    Es ist bestens geeignet für die Durchführung des Planungsprozesses, ausgehend von der Definition von Ressourcen und Aufgaben durch automatisierte Zeitplanung. Mit Hilfe der Anzeige von Konflikten, Ressourcen-Auslastung und möglicher Zeitspannen für Umplanung von Aktivitäten wird eine intuitive und gradlinige Planung der Timeline ermöglicht. In PINTA ist die PLATO-Bibliothek eingebunden, um deren Algorithmen verwenden zu können.
  • TimOnWeb (TIMeline On Web) – Ein flexibles Visualisierungstool für die Mission-Timeline, basierend auf den PINTA und PLATO Bibliotheken.
  • SCOTA (SpaceCraft Orbit and groundTrack Analysis tool) - Aktuellste Generation der Eventkalkulationssoftware
    Es unterstützt die gebräuchlichsten Orbit-Propagator-Modelle (SGP4, SGP8, etc.) für verschiedenen Missionsanforderungen. In Abhängigkeit von Flugbahn und Neigung des Raumfahrzeuges kann mit der Software eine Anzahl von Events berechnet werden. Beispiele für solche Events sind: Tag und Nacht Perioden, Sichtbarkeit des Satelliten und "Sichtbarkeit der Zielgebiete". Als Ausgabe realisiert die Software verschiedenste Formate incl. der Bodenspur des Satelliten.
  • SPOT (Swath Preview and Ordering Tool) – Ein interaktives Tool zur Aufnahmebestellung und Visualisierung
    SPOT (Swath Preview and Ordering Tool) ist eine GUI-Anwendung, die mit Funktionen der SCOTA-Library arbeitet. Sie ermöglicht, die Schwade von Satelliten für gewählte maximale Sichtwinkel anzuzeigen. Des Weiteren kann der Nutzer Sichtbarkeiten von gewünschten Aufnahmezielen eines Satelliten basierend auf einem dafür eingelesenen TLE und vorkonfigurierten Aufnahmemodi berechnen und auf einer interaktiven Karte anzeigen lassen. Für jeweils vom Nutzer ausgewählte Aufnahmemöglichkeiten erstellt das Tool außerdem konsistente PlanningRequests, die an das Planungssystem der jeweiligen Mission geschickt werden können und alle einplanungsrelevanten Informationen enthalten.

Diese Tool-Suite wird ständig weiterentwickelt. Darüberhinaus beschäftigt sich das Missionplanungs-Team auch mit der Neuentwicklung von Missionsplanungssoftware auf zwei Gebieten:

  • Hochdynamische Planung
  • Onboard-Planung: Ziel ist es, die begrenzten Onboard-Ressourcen eines Satelliten bestmöglich zu nutzen und auf während der bodengebundenen Planung noch nicht bekannte Ereignisse direkt reagieren zu können. Solche Ereignisse sind z. B. Wolkenbedeckung oder die Erkennung von interessanten Inhalten in aufgenommenen Daten. Dazu soll eine zusätzliche Software-Komponente in die Onboard-Software eingebettet werden, die quasi in Echtzeit Umplanungen und Umkommandierungen vornimmt, ohne dabei Constraints zu verletzen oder die vorkommandierte Basis-Timeline für die parallele Durchführung der ‚herkömmlichen’ Erdbeobachtungsmission zu stören. Um das zu gewährleisten, wird die Onboard-Software-Komponente von entsprechend weiterentwickelten Funktionen der Missionsplanung am Boden unterstützt. Diese übernimmt komplexe Vorberechnungen und stellt sie über die Kommandierung zur Verfügung. Eines der Projekte hierzu ist das Experiment VAMOS (Verification of Autonomous MissionPlanning Onboard a Spacecraft) auf dem Satelliten BIROS (Teil der FireBIRD-Mission), bei der einerseits neue Aktivitäten aufgrund an Bord beobachteter Ereignisse vorbereitet und andererseits alle am Boden und an Bord vorbereiteten Aktivitäten in Echtzeit auf Durchführbarkeit überprüft und gegebenenfalls durchgeführt werden.

Kontakt
Falk Mrowka
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Raumflugbetrieb und Astronautentraining

Tel: +49 8153 28-1270

Fax: +49 8153 28-1451

E-Mail: Falk.Mrowka@dlr.de
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