ODARIS (“On-board Data Analysis And Real-Time Information System”)
Einführung
Im letzten Jahrhundert verzeichnete die Raumfahrtbranche einen rasanten Anstieg an Satelliten der neuen Generation, die mit modernen Hardware-Architekturen ausgestattet sind. Für das kommende Jahrhundert rechnen mehrere staatliche Raumfahrtbehörden, kommerzielle Dienstleister und Wissenschaftler mit einer noch höheren Nachfrage nach verschiedenen Arten von Raumfahrtsystemen, die von Erdbeobachtungssatelliten über internetbasierte Netzwerke bis hin zu neuen Raumstationen reichen. Dies wird zu einem verbesserten Zugang zum Weltraum für verschiedene Interessengruppen führen und neue Möglichkeiten eröffnen, darunter neuartige Satellitenkonzepte und -dienste.
Das begrenzte Zeitfenster als Herausforderung bei der Kommunikation zwischen Satellit und Bodenstation
Eine entscheidende Herausforderung beim Satellitenbetrieb ist die Kommunikationsverbindung zwischen Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) und Bodenstationen zur Missionssteuerung und zur Übertragung von Nutzlastdaten. Beim herkömmlichen „Store-and-Forward“-Ansatz müssen alle wissenschaftlichen Daten und zeitkritischen Informationen – wie beispielsweise der Betriebszustand des Raumfahrzeugs – an Bord gespeichert werden, bis ein Kontaktfenster mit einer bestimmten Bodenstation hergestellt ist. Diese Fenster sind in ihrer Dauer und Häufigkeit begrenzt und treten in der Regel alle 6 bis 24 Stunden auf, abhängig von der Umlaufbahndynamik und der Verfügbarkeit der Bodenstation. Infolgedessen kann sich die Verfügbarkeit der Daten am Boden um mehrere Stunden verzögern. Ebenso müssen das Hochladen von Fernsteuerungsbefehlen innerhalb derselben engen Zeitfenster geplant werden, was eine umfangreiche Vorausplanung und Koordination erfordert. Im Falle von Anomalien an Bord können Korrekturmaßnahmen erst beim nächsten verfügbaren Kontakt eingeleitet werden, was zu verzögerten Reaktionszeiten führt. Darüber hinaus ist für viele Anwendungen, wie beispielsweise Satellitenüberwachungssysteme, der zeitnahe Erhalt von Informationen ebenfalls ein entscheidender Faktor. Beispiele hierfür sind Systeme zur frühzeitigen Katastrophenerkennung, wie die Erkennung von Bränden und chemischen Leckagen.
ODARIS als Lösung für das Problem
Um die hohen Latenzzeiten beim bodengestützten Zugriff auf satellitengestützte Daten zu beheben, entwickelt das DLR das „On-board Data Analysis And Real-Time Information System“ (ODARIS). Das System zielt darauf ab, die Zeit zwischen der Datenerfassung und der Verfügbarkeit der Daten für die Akteure am Boden von Stunden auf Minuten zu verkürzen. Indem ODARIS kritische Informationen unmittelbar nach Verfügbarkeit der Sensordaten identifiziert und diese über dedizierte Echtzeit-Kommunikationsverbindungen direkt an den Boden überträgt, ermöglicht es einen Datenzugriff mit geringer Latenz sowie Echtzeit-Warndienste. Diese Fähigkeit verringert die Abhängigkeit von herkömmlichen „Store-and-Forward“-Kommunikationsarchitekturen und unterstützt eine zeitnahe Entscheidungsfindung für den Satellitenbetrieb, die Erkennung von Anomalien sowie Überwachungsanwendungen. Für ODARIS ist ein Proof-of-Concept-Flugversuch geplant, der auf kleine bis mittelgroße Satelliten ausgerichtet ist. Das Projekt umfasst umfassende Forschungsarbeiten in den Bereichen bordseitige Datenverarbeitung, Datenmanagement und autonomer Satellitenbetrieb.