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u-blox fliegt ins All

Astrocast

Einige Sekunden lang hielten alle Zuschauer, die den Livestream im SwissTech Convention Center (EPFL) verfolgten, den Atem an, als die SpaceX Falcon 9 Rakete der Spaceflight SSO‑A: SmallSat Express Mission vom Space Launch Complex 4E (SLC‑4E) auf der Vandenberg Air Force Base in Kalifornien, USA, mit dem Ziel einer niedrigen Erdumlaufbahn abhob. Die Nutzlast der Rakete beinhaltete einen CubeSat Nanosatelliten, entwickelt von Astrocast. Es handelt sich um einen Prototypen zum Testen der 64‑Satelliten‑Konstellation, die das Schweizer Unternehmen in die Umlaufbahn bringen will, um ein globales Kommunikationssatellitennetzwerk für entfernte IoT- und M2M‑Anwendungen bereitzustellen.

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Unter den vielen Prototypen an Bord des Nanosatelliten befindet sich eine Weltpremiere: ein kleines, relativ kostengünstiges GNSS‑Empfängerboard. Das Board basiert auf vier NEO‑M8T GNSS‑Modulen von u‑blox mit experimenteller Firmware. Es wurde von einem Forscherteam des Instituts für Geodäsie und Photogrammetrie an der ETH Zürich unter der Leitung von Professor Markus Rothacher entworfen.

Das Board ist speziell auf den ausserirdischen Betrieb zugeschnitten, wiegt weniger als 100 Gramm, kostet weniger als 1'000 US‑Dollar und senkt den Stromverbrauch im Vergleich zu standardmässigen Raumfahrt‑konformen GNSS‑Empfängern, typischerweise mit einem Preis von Hunderttausenden von US‑Dollar, um den Faktor 20.[1]

Hier unten auf der Erde ist GNSS zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Raumfahrtmissionen geworden. Erdbeobachtungsmissionen sind beispielsweise auf genaue Informationen über die Position des Satelliten angewiesen, wenn Daten aus der Ferne erfasst werden. Genaue Timing‑Informationen sind ebenso wichtig. Das Empfänger‑Board des Teams von Prof. Rothacher wurde unter Berücksichtigung dieser Ziele entwickelt.

Sobald das GNSS‑Empfängerboard in rund 575 km Höhe die Erde umkreist und etwa alle 100 Minuten einen Sonnenaufgang erlebt, wird mit ihm die genaue Umlaufbahn des Nanosatelliten in Echtzeit bestimmt. Die Bestimmung der exakten Höhe in Echtzeit ist besonders wichtig, wenn der Nanosatellit von seinem Antriebssystem auf eine neue Umlaufbahn gebracht wird.

Die Kombination von vier GNSS‑Modulen auf einem einzigen Board bietet zwei wesentliche Vorteile. Zum einen können sie mit zwei Antennen verbunden werden, die jeweils in unterschiedliche Richtungen schauen. Zum anderen ergibt sich dadurch eine gewisse Redundanz: Fällt ein GNSS‑Empfänger aus, kann ein anderer ihn ersetzen.

Es handelt sich nicht nur um den GNSS‑Empfänger mit dem geringsten Stromverbrauch im Weltraum, sondern auch und das erste Board, das alle wichtigen GNSS‑Konstellationen parallel verfolgt. Wenn alles nach Plan verläuft, wird das Board mindestens 24 Monate lang in Betrieb bleiben und wertvolle Daten und Erfahrung sammeln. Das wird den Weg für aufregende, neue, satellitengestützte Anwendungen ebnen.

Zum ersten Mal fliegt damit eines unserer Module in einer Erdumlaufbahn. Es ist schwer, sich von der Aufregung um den Start nicht in den Bann ziehen zu lassen. Die Mission wird nicht nur einen Einblick in die Positionierungsgenauigkeit geben, die wir im Orbit erwarten können, sondern auch die Möglichkeit bieten, die Langlebigkeit unserer Standardhardware in einer völlig anderen und doch echten Umgebung zu testen, in der nahezu kein Druck herrscht und die ständigem Beschuss durch geladene Partikel ausgesetzt ist, welche von kosmischen Winden und Sonnenwinden ausgehen. Darüber hinaus werden die Module während der Startphase extremen Temperaturen und enormen Vibrationen und Beschleunigungen ausgesetzt sein.

Wir erwarten, dass das Experiment einige Monate lang wertvolle Erkenntnisse zur Qualität und Zuverlässigkeit unserer Produkte liefert, bis die raue Weltraumumgebung von unserer Hardware ihren Tribut fordert. Immerhin wurde sie eigentlich nur für die harmloseren Bedingungen hier auf der Erde entwickelt.

Wenn wir bei derartigen akademischen Forschungsprojekten unseren Beitrag leisten, werden unsere Neugier angestachelt und unsere Produkte neuen Umgebungen ausgesetzt. Mindestens ebenso wichtig ist, dass die Ingenieure von morgen die Gelegenheit erhalten, mit unserer Hardware zu arbeiten. Das können Aufgaben zur Überwachung von Gletschern oder Erdrutschen sein, aber auch das Abschiessen von Raketen in einem Wettbewerb für Studierende oder die Integration in Flugzeuge bzw. Drohnen für die Positionierung in Echtzeit. Und schliesslich: Wer träumt nicht auch davon, etwas zu bauen und ins All zu schiessen?

 

[1] ETH Globe 3/2018, Geodesy, Intelligent positioning for low‑cost nanosatellites