OpSTAR - Optical Synchronized Time and Ranging
Laserterminals haben die Kommunikation im Weltraum revolutioniert, wobei Deutschland eine führende Position einnimmt. Das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation hat nach Möglichkeiten gesucht, den Betrieb eines GNSS durch die Einführung dieser optischen Technologie in den Navigationsbereich mit der vorgeschlagenen Kepler-Systemarchitektur erheblich zu verbessern.
Die OpSTAR-Mission zielt darauf ab, optische Inter-Satelliten-Verbindungen im Orbit zu demonstrieren, um Satellitenuhren autonom zu synchronisieren, genaue Inter-Satelliten-Entfernungsmessungen zur Verbesserung der Bahnbestimmung zu erhalten und Daten mit geringer Latenz und hohem Durchsatz auszutauschen. OpSTAR wird auch als Testumgebung dienen, um das System und die Verarbeitungsarchitektur eines GNSS zu validieren, das optische Inter-Satelliten-Verbindungen vollständig integriert, um robustere und genauere globale Navigations- und Zeitmessdienste zu ermöglichen.
Im Februar 2025 hat die Europäische Weltraumorganisation ESA die Phasen A und B1 des OpSTAR In-Orbit Demonstrators an ein Konsortium unter der Leitung von OHB Systems vergeben, zu dem das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation sowie mehr als 30 europäische Unternehmen aus über 12 Ländern gehören.
ESA
Our contribution
Unser Beitrag
Die Rolle des DLR-Instituts für Kommunikation und Navigation in OpSTAR konzentriert sich auf
- die Entwicklung optischer Elemente, die Synchronisations- und Entfernungsmessungsfunktionen über optische Verbindungen ermöglichen,
- die Konzeption und den Betrieb optischer Bodenstationen und
- ein System-Synchronisationstestfeld zur Überprüfung des Betriebs und der Leistung des geplanten autonomen Satellitensynchronisationssystems.
Darüber hinaus ist das DLR-Institut für Kommunikation und Navigation an der Definition und Konzeption neuartiger System- und Verarbeitungsarchitekturen beteiligt, um Positionierungs-, Navigations- und Zeitgebungsdienste (PNT) auf Basis von GNSS mit optischer Nutzlast voranzubringen. Leistungsanalysen auf Systemebene werden durch einen präzisen softwarebasierten Simulator ermöglicht, der optische und L-Band-Beobachtungen gemeinsam verarbeitet.
OpSTAR Architektur
Der OpSTAR In-Orbit Demonstrator (IOD) besteht aus vier Hauptelementen:
- ein Weltraumsegment aus zwei MEO-Satelliten, die jeweils eine optische Nutzlast mit zwei oder mehr optischen Endgeräten und eine Navigationsnutzlast zur Übertragung von Navigationssignalen im L-Band unterstützen;
- ein optisches Bodentestfeld, bestehend aus zwei optischen Bodenstationen, einer Datenverarbeitungsanlage und allen erforderlichen Schnittstellen für eine genaue Zeitsynchronisation und deren Überprüfung;
- ein Missionskontrollzentrum, das alle Routineoperationen der beiden OpSTAR-Satelliten abwickelt und Unterstützung bei der Missionsdurchführung und experimentellen Überprüfungen leistet;
- einen End-to-End-GNSS-Systemsimulator zur Extrapolation und Bewertung der GNSS- und Benutzerleistung.
Hochrangige Ziele der OpSTAR-Mission
Mit dem vorgeschlagenen OpSTAR IOD werden simultane bidirektionale optische Verbindungen zwischen zwei MEO-Satelliten und einer Reihe von dedizierten optischen Bodenstationen hergestellt.
Der OpSTAR IOD verfolgt die folgenden Missionsziele:
- Demonstration der Nutzung optischer Inter-Satelliten-Verbindungen und optischer Boden-Weltraum-Verbindungen mit integrierten Positions-, Navigations- und Zeitgebungsfunktionen;
- Demonstration der Vorteile der optischen PNT-Technologie im Vergleich zu modernsten GNSS-Systemen hinsichtlich System- und Endnutzerleistung;
- Bewertung der Vorteile auf Systemebene für ein vollständig optisches globales PNT-System, das durch optische Verbindungen unter Verwendung der OpSTAR-IOD-Ressourcen ermöglicht wird;
- Beitrag zur Entwicklung (unter europäischer Federführung) offener Standards für optische PNT-Verbindungen (physikalische, Datenverbindungs- und Netzwerkschichten) für Weltraumsysteme;
- Demonstration der verbesserten Systemresilienz und langfristigen Autonomie, die durch die optische PTN-Technologie ermöglicht wird;
- Beitrag zur Demonstration eines mehrschichtigen PNT-Systems von Systemen.
Eine erfolgreiche Durchführung der OpSTAR-IOD-Mission wird den Weg für den Übergang zu einem mehrschichtigen Navigationssystem (wie Galileo oder LEO-PNT) ebnen, das hinsichtlich der Qualität der Signale im Weltraum, der Zuverlässigkeit, der Ausfallsicherheit sowie der allgemeinen Funktionsfähigkeit und Leistung des Systems deutlich verbesserte Fähigkeiten aufweist.
Projekte
Im Rahmen des Projekts „Kepler Vision“ verfeinert das Institut für Kommunikation und Navigation das Kepler-Konzept und entwickelt es entsprechend den Anforderungen der zuständigen Institutionen kontinuierlich weiter.
Mit Kepler hat das Institut für Kommunikation und Navigation einen Systemvorschlag für ein globales Satellitennavigationssystem (GNSS) der dritten Generation vorgelegt, das im Vergleich zu aktuellen GNSS-Systemen erhebliche Verbesserungen der Navigationsleistung ermöglicht.
Im Rahmen des Projekts COMPASSO testet das Institut für Kommunikation und Navigation gemeinsam mit dem Galileo Kompetenzzentrum und dem Institut für Quantentechnologien mehrere optische Elemente (optische Uhren, Frequenzkämme und optische Terminals) in erdnahen Umlaufbahnen, um den TRL durch eine Technologiedemonstrationsmission zu erhöhen.
OpSTAR in ESA FutureNav program: ESA - ESA to develop optical technology for navigation
Weiterführende Links
Artikel über OpSTAR im Magazin “InsideGNSS”
https://lsc-pagepro.mydigitalpublication.com/publication/?i=851733&p=52&view=issueViewer )