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ROLIS - Rosetta Lander Kamera



Wissenschaftliche Ziele

Rolis - Kamerakopf
Rolis - Kamerakopf

ROLIS ist eine miniaturisierte CCD-Kamera, die vom Lander-Balkon aus nach unten schaut. Von dort kann ROLIS ca. 40 x 40 cm der Kometenoberfläche unterhalb des Landers mit einer Auflösung von 0,4 mm/Pixel beobachten. Um das Blickfeld zu beleuchten, ist eine LED-Beleuchtungseinheit integriert, die alternativ in den Farben Rot, Blau, Grün und im nahen Infrarot leuchtet.

Kurz vor der Landung wird ROLIS hochauflösende Bilder vom Landeplatz und dessen Umgebung aufnehmen. Von den Bildern der Kometenoberfläche wird Auskunft über einen möglicherweise vorhandenen Staubmantel, einer Kometenkruste und freiliegendem Eis erwartet.

Die Bilder in vier Spektralkanälen erlauben es, die räumliche Information mit Spektraldaten zu ergänzen. Zwar lassen der begrenzte Spektralbereich und die Spektralauflösung keine exakte Mineralogie zu, jedoch kann aus den ROLIS-Bilder eine grobe Klassifikation der festen Bestandteile der Kometenoberfläche zwischen karbonischen und organischen Materialen bzw. Silikaten abgeleitet werden.

Von den Bildern kurz vor und nach der Landung werden Erkenntnisse über die Oberflächeneigenschaften des Kometen erwartet, sowie eine Informationen über die Vielfalt von Oberflächenstrukturen. Somit ist ROLIS eine ideale Verknüpfung zwischen den wissenschaftlichen Beobachtungen des Rosetta Orbiters und den Analysen der verschiedenen Landerinstrumente.

Instrumentbeschreibung

Das ROLIS-Instrument wurde im DLR Institut für Planetenforschung entwickelt und gebaut. Die allergrößte Herausforderung waren die strengen Masse- und Energieanforderungen des Landers.

Rolis- Kamerakopf-Elektronik (CHE)
Rolis- Kamerakopf-Elektronik
(CHE)
Die Gesamtmasse von ROLIS beträgt 944 Gramm, der Leistungsverbrauch liegt bei 4.0 Watt. Während der langen Reise zum Kometen Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko muß die Kamera die harte kosmische Strahlung ohne zusätzlichen Schutz überleben. Da die geringen Energieresourcen des Landers eine aktive Heizung ausschließen, war für den ROLIS-Kamerakopf ein sogfältiges Thermalkonzept erforderlich.

Die ROLIS-Elektronik besteht aus zwei Einheiten: dem Kamerakopf (CHE) sowie der Hauptelektronik (IME).

Der ROLIS Kamerakopf

Der Kamerakopf beinhaltet den CCD-Sensor mit entsprechender Ausleseelektronik, sowie die Steuerelektronik für den Linesenmotor und die Beleuchtung in einem sehr kompakten Aufbau. Er funktioniert bei Temperaturen bis zu 120 K (-150°C) mit minimalem Leistungsverbrauch. Die CCD ist ein Thomson Frame-Transfer-Sensor mit 1024 × 1024 Bildpunkten und elektronischem Verschluß von 1 Millisekunde bis zu 60 Sekunden. Die Auslesezeit des Sensors beträgt 1,6 Sekunden. Die Daten werden mit 14-Bit Genauigkeit digitalisiert über eine schnelle serielle Verbindung zur IME übertragen.

  • Frame-Transfer CCD mit 1024 x 1024 Pixel
  • Weitwinkeloptik (Blickfeld 75°) für Nahaufnahmen: 310 mm Abstand zur Kometenoberfläche, Auflösung 0.4 mm
  • Bewegliche Frontlinse für Fernaufnahmen: 1 ... 20 m zur Kometenoberfläche, Auflösung 1.5 ... 30 cm
  • LED-Beleuchtung von 4 x 36 LEDs im Spektralbereich um 470 nm (Blau), 530 nm (Grün), 640 nm (Rod) und 870 nm
  • (Nahes Infrarot), mit einer Halbwertsbreite von 100 nm.
  • Größe 90 x 63 x 86 mm, Masse 400 g
  • Arbeitsstemperaturbereich -150°C ... +30°C,
  • weltraumqualifiziert Mittlerer Leistungsverbrauch 1.8 ... 2.5 Watt

ROLIS Hauptelektronik (IME)

Rolis - Hauptelektronik (IME)
Rolis - Hauptelektronik (IME)
Rolis - Speicher- & Kamera-Interface Modul
Rolis - Speicher- & Kamera-
Interface Modul

Die ROLIS-IME befindet sich innerhalb des Wärmeschutzes des Landers, zusammen mit vielen andere wissenschaftlichen Geräten. Sie basiert auf der Rosetta Lander Common-DPU, die vom ROLIS-Team entwickelt wurde, ergänzt um ein Speicher- und Kamera-Interface-Modul sowie einer notwendigen Spannungsaufbereitung.

Die Aufgaben der ROLIS-IME sind die Kommandoverbindung zum Lander, die Zwischenspeicherung der ROLIS-Bilder, Bildbearbeitung und Kompression sowie die Weiterleitung der Daten zum Lander. Zusätzlich dient die ROLIS-IME auch als Zwischenspeicher für Kommandos und vor allem von Daten für das ÇIVA-Experiment (siehe unten).

  • Leistungsverbrauch 1.9 W
  • Gesamtmasse 500 g
  • Arbeitstemperaturbereich -55°C ... +125°C, weltraumqualifiziert
  • Prozessor Harris RTX-2010RH, 10 MHz
  • 16.25 MByte SRAM, 16 kByte PROM, 64 KB EEPROM
  • 14 Bit A/D-Wandler, 16-Kanal Multiplexer
  • Lander-Interface (32 kbps), 156 kbps serielles DPU-DPU Interface
  • 10 Mbps ROLIS Kamera-Interface

Wavelet Bilddatenkompression

Rolis - Waveletkompression mit ROI-Kodierung
Rolis - Waveletkompression mit
ROI-Kodierung
Wegen der relativ geringen Bandbreite für wissenschaftliche Daten nutzt ROLIS eine moderne Bilddatenkompression. Sie basiert auf einer Wavelet(3,5) Transformation, gefolgt von Zerotree-Kodierung (embedded bitstream), die speziell für den verfügbaren 16-bit Prozessor RTX-2010RH angepaßt wurde. Der verwendete Kompressionsalgorithmus erlaubt eine variable Steuerung der Datenrate von verlustfrei, nahezu verlustfrei 1:1,8 (7.9 Bits pro Pixel) bis zu einem theoretischen Maximum von 1:85 (0.16 bpp).

Eine Region-Of-Interest (ROI) Kodierung erlaubt es, interessante Bildteile mit besserer Auflösung zu übertragen, als den Rest des Bildes und somit sehr flexibel auf alle vorstellbaren Missionsbedingungen zu reagieren. Die komprimierten Daten werden in Blöcken von 64 x 64 Waveletkoeffizienten übertragen, um ROLIS robust gegenüber möglichen Übertragungsfehlern und Datenverlust zu machen.


Kontakt
Dr. Harald Michaelis
Abteilungsleitung

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung
, Planetare Sensorsysteme
Berlin

Tel.: +49 30 67055-364

Fax: +49 30 67055-384

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