Von Kourou in Französisch-Guayana aus brachte eine Rakete des Typs Sojus-2.1b (Sojus-ST B) russischer Bauart am 28. Januar 2017 den Kommunikationssatelliten Hispasat 36W-1 ins All. Er ist der erste einer neuen SmallGEO genannten Baureihe kleiner geostationärer Raumfahrzeuge, deren Entwicklung unter der Ägide von OHB aus Bremen erfolgte.
Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: Airbus Defence and Space, Arianespace, DLR, ESA, Hispasat, OHB, Thales Alenia Space, Tesat.
Der Start …
… erfolgte am am 28. Januar 2017 um 2.03 Uhr und 34 Sekunden Mitteleuropäischer Zeit (MEZ), bzw. am 27. Januar 2017 um 22.03 Uhr und 34 Sekunden Ortszeit Kourou.
Die Startanlage …
… hört auf die Bezeichnung ELS (Ensemble de Lancement Soyouz) und wurde in Kourou unter entscheidender Mitwirkung russischer Unternehmen extra für den Start von aus Russland bezogenen Raketen gebaut. Die äquatornahe Lage an der Küste Südamerikas erlaubt günstige Flugprofile für Satelliten, die später im Geostationären Orbit (GEO) über dem Äquator eingesetzt werden sollen. Für eine Sojus-Rakete war es allerdings das erste Mal, dass von Kourou aus eine Nutzlast in einen geeigneten Geotransferorbit gebracht wurde. Ein zweiter solcher Flug könnte einer mit dem Kommunikationssatelliten SES 15 Anfang April 2017 sein. Der erste Start von der Anlage überhaupt erfolgte am 21. Oktober 2011.
Die Rakete …
… von ZSKB Progress bzw. RKZ Progress mit der Seriennummer R-15000-012, die verwendet wurde, ist ja nach Zählweise zusammen mit der von Lawotschkin gebauten Oberstufe Fregat-MT (Seriennummer 133-06) und einem Nutzlastadapter von RUAG drei- oder vierstufig. Ursprünglich war für Hispasat 36W-1 einmal ein Start auf einer Ariane-5-Rakete vorgesehen.
(Bild: ESA / Pierre Carril)
Beim Abheben der VS16 genannten Sojus-Arianespace-Mission mit einer Gesamtnutzlast von 3.343 Kilogramm arbeiteten die Kerosin mit flüssigem Sauerstoff verbrennenden Antriebe der Zentralstufe und der vier Außenblocks, die wegen ihrer Form umgangssprachlich auch Karotten genannt werden, gleichzeitig. Der Abwurf der Außenblocks erfolgte nach rund einer Minute und 58 Sekunden Flugzeit. Der Abwurf der Nutzlastverkleidung mit dem Erzeugniscode 81KS erfolgte etwa dreieinhalb Minuten nach dem Abheben. Vier Minuten und 47 Minuten nach dem Abheben trat während der sogenannten heißen Stufentrennung schließlich die zweite bzw. dritte Stufe der Rakete in Aktion. Sie verbrannte ebenfalls Kerosin mit flüssigem Sauerstoff und arbeitete rund viereinhalb Minuten. Dabei brachte sie Oberstufe und Nutzlast auf eine suborbitale Transferbahn mit einem höchstgelegenen Bahnpunkt im Bereich von 200 Kilometern über der Erde.
(Bild: ESA / Pierre Carril)
Neun Minuten und 23 Sekunden war die sogenannte Orbitaleinheit aus Oberstufe und Nutzlast (Abmessungen des Satelliten in Transportkonfiguration ~ 3,1 x 2,47 x 4,95 Meter) dann rund 200 Kilometer über der Erde solo unterwegs. Es folgte eine rund 17 Minuten und 37 Sekunden lange Brennphase der Oberstufe, bei der die Stufe unsymmetrisches Dimethylhydrazin (UDMH) mit Distickstofftetroxid (NTO / N2O4) verbrannte. Die Brennphase diente insbesondere dazu, einen elliptischen Orbit mit einem von der Erde am weitesten entfernten Bahnpunkt ungefähr auf Höhe des Geostationären Orbits auszubilden. Rund vier Minuten nach Abschluss dieser Brennphase und nach 32 Minuten und 10 Sekunden Gesamtflugzeit wurde Hispasat 36W-1 schließlich ausgesetzt.
Nach dem Aussetzen wurde Hispasat 36W-1 alias H36W-1 in einer 5,4 Grad gegen den Erdäquator geneigten Bahn mit einem Apogäum, dem von der Erde am weitesten entfernten Bahnpunkt, von 35.639 Kilometern und einem Perigäum, dem der Erde nächsten Bahnpunkt, von 239 Kilometern beobachtet.
(Bild: ESA / Pierre Carril)
Der Satellit …
… wird für den Abbau der verbliebenen Bahnneigung gegen den Erdäquator und die Ausbildung einer annähernden Kreisbahn eigene chemische, Monomethylhydrazin (MMH) mit einer Mischung von Stickstoffoxiden (MON) verbrennende Triebwerke benutzen. Zusammen rund 1.300 Kilogramm beider Treibstoffkomponenten wurden in je einem Brennstoff- und einem Oxidatortank mit einem Volumen von jeweils 700 Litern untergebracht. Die Tanks baute Airbus Safran Launchers in Bremen.
An Bord des Satelliten befindet sich ein 400 Newton starker Apogäumsmotor des Typs S400. Dieser wird bei seinen Einsätzen von zwei redundanten Sätzen aus je vier 10 Newton starken Lageregelungstriebwerken unterstützt. Die Auslegung des chemischen Antriebssystems erfolgte so, dass die Lageregelungstriebwerke alleine die Bahn des Satelliten anheben können, falls der Apogäumsmotor versagt oder aus anderen Gründen nicht eingesetzt werden kann. Hat der Satellit einen annähernd Geostationären Orbit erreicht, wird das chemische Antriebssystem mit Hilfe zweier am Satelliten an gegenüberliegenden Positionen montierter Ventile passiviert.
(Bild: Hispasat)
Für den finalen Transfer in den Geostationären Orbit, die abschließende Positionierung an der geplanten Einsatzpostion bei 36 Grad West im GEO und in allen folgenden Betriebsphasen wird der dreiachsstabilisierte Satellit mit einer Leermasse von rund 1.700 Kilogramm und einer Startmasse von 3.220 Kilogramm ausschließlich auf Xenon ausstoßende Triebwerke zurückgreifen. Zusammen 220 Kilogramm des Edelgases unter einem Anfangsdruck von 186 bar stehen dafür in zwei Tanks mit einem Volumen von jeweils 60 Litern zur Verfügung. Hersteller dieser Tanks ist MT Aerospace aus Augsburg.
Ausgestattet ist Hispasat 36W-1 mit zwei redundanten Sätzen von je vier elektrischen Triebwerken des Typs PPS-1350-G (Snecma / Safran Aircraft Engines), die auf eine Konstruktion namens SPT-100 vom russischen Konstruktionsbüro Fackel bzw. Fakel aus Kaliningrad zurückgehen. Je zwei redundante Triebwerke sind zusammen montiert.
Ursprünglich war geplant, vier PPS-1350-G (Schub jeweils > 75 Millinewton) als Redundanz und vier HEMPT (auch HEMP-T, High Efficiency Multistage Plasma Thruster, jeweils 45 Millinewton Schub) der Thales Electronic Systems GmbH zu benutzen. Die letztgenannten kommen bei Hispasat 36W-1 offensichtlich nicht zum Einsatz. Da die Auslegung so erfolgte, dass die Satellitenmission auch ausschließlich mit den mehr Arbeitsmedium verbrauchenden PPS-1350-G erfolgreich sein kann, war es möglich, auf den Einsatz der HEMPTs verzichten zu können. Der Triebwerkmix könnte eventuell an Bord des experimentellen Kommunikationssatelliten Heinrich Hertz zum ersten Mal geflogen werden.
Bei Hispasat 36W-1 gibt es außerdem 2 x 4 kleine Kaltgastriebwerke, die Xenon ausstoßen können. Das sogenannte Cold Gas Thruster Assembly (CGTA) wurde von Thales Alenia Space aus Italien beigesteuert. Die Kaltgastriebwerke sind dazu gedacht, Taumelbewegungen des Satelliten unmittelbar nach seiner Abtrennung von der Oberstufe zu kompensieren und im Falle, dass ein Sicherheitsmodus (Safemode) wirksam wird, die Ausrichtung des Satelliten (mit seinen Solarzellen) Richtung Sonne zu gewährleisten. Für einen entsprechenden Einsatz der mindestens 50 Millinewton starken Triebwerke sollen über den gesamten Missionsverlauf etwa fünf Kilogramm Xenon verbraucht werden.
Lässt sich der Satellit mit einer Auslegungsbetriebsdauer von 15 Jahren irgendwann nicht mehr sinnvoll betreiben, oder muss der Betrieb wegen einer nicht zu behebenden Anomalie beendet werden, soll der Satellit in einen sogenannten Friedhofsorbit – für Geostationäre Kommunikationssatelliten derzeit typischerweise rund 300 Kilometer über dem GEO – gebracht werden. Auch dafür wird man die elektrischen Triebwerke des Raumfahrzeugs verwenden.
Im von OHB Schweden (der ehemaligen Space Systems Division der Swedish Space Corporation) entworfenen System zur Bestimmung der Lage des Satelliten im Raum kommen unter anderem integrierte Sternensensoren von der Jena-Optronik GmbH aus Jena zum Einsatz, bei welchen sich Optik und Elektronik im gleichen Gehäuse befinden. Die STAR1000 genannten Detektoren in den ASTRO-APS genannten Sensoren dürften die derzeit strahlungsresistentesten im Markt sein. Active Pixel Sensoren sind im Vergleich zu anderen Sensoren robuster und schneller. Das System zur Lagebestimmung kann außerdem auf Daten von Gyroskopen (Honeywell Miniature inertial measurement units (MIMU)) und Sonnensensoren (von Bradford Engineering) zurückgreifen. Zur Lageänderung können neben den Triebwerken des Satelliten auch vier Teldix / Rockwell-Collins Reaktionsräder verwendet werden.
(Bild: ESA / S. Corvaja)
Zur Positionsbestimmung kann ein an Bord befindlicher experimenteller Navigationssignal-Empfänger benutzt werden. Er soll unter Nutzung zweier unterschiedlicher Antennen während aller Missionsphasen Daten des US-amerikanischen globalen Satellitennavigationssystems (GPS) empfangen, die ihn im schließlich im GEO von GPS-Satellien „nach unten“ ausgestrahlt an der Erde vorbeistreichend erreichen. Die zentrale Baugruppe mit einer Masse von rund 3,9 Kilogramm ist eine Konstruktion von Airbus Defence and Space. Ihre Abmessungen betragen 272 x 284 x 92 Millimeter, ihr Stromverbrauch liegt im Bereich von 10 Watt. Mit ihrer Hilfe vorgenommene Positionsbestimmungen sollen auf 150 Meter genau sein, wird erwartet. Die Nutzung von GPS-Empfängern an Bord von Raumfahrzeugen für den Einsatz im GEO könnte insbesondere den Aufwand und die Kosten für die Bahnverfolgung bis zum Erreichen der ersten Einsatzposition und allgemein die Arbeitslast in den Bodenstationen zur Kontrolle von Satelliten im GEO reduzieren helfen.
(Bild: ESA / P. Sebirot)
Die Kommunikationsnutzlast …
… hat einen Masseanteil von rund 400 Kilogramm und umfasst eine Reihe neuartiger Konstruktionsmerkmale und Eigenschaften. Ihre Auslegung erfolgte vollständig durch die Firma Tesat-Spacecom GmbH & Co KG aus Backnang, die eine solche Arbeit zum ersten Mal erledigte. Die Kommunikationsnutzlast besitzt rauscharme Verstärker und Frequenzumsetzer von Tryo Aerospace (jetzt SENER Aeroespacial).
Für das Ku-Band wurden in die Kommunikationsnutzlast insgesamt 20 Transponder mit Bandbreiten von 33 und 36 Megahertz integriert. Mit den Transpondern kann ein Sende- und Empfangs-Antennensystem mit zwei im All aufzuklappenden von Airbus Defense and Space Spanien gebauten Karbonfaser-Antennenreflektoren ohne zusätzliche Thermalschutz-Farbbeschichtung bedient werden.
Ein elektronisch richtbares Antennensystem auf Hispasat 36W-1 für Frequenzen zwsichen 14,25 und 14,50 Gigahertz besitzt integrierte Schaltkreise von Arquimea, ein Heatpipe-Kühlsystem von Iberespacio sowie eine Stromversorgung und eine elektronische Steuerung von Tecnobit. Das Antennensystem namens DRA/ELSA für Direct Radiating Array / ELectronically Steerable Antenna (auch RedSAT DRA) ist für den parallelen Empfang vier unabhängiger, hinsichtlich des Sendeorts flexibel änderbarer 36 Megahertz Ku-Band-Uplinks („S1“ bis „S4“) gedacht. DRA/ELSA kommt von Airbus Defense and Space Spanien. Das Unternehmen griff beim Entwurf der neuen Antenne auf Erfahrungen mit der In-orbit Reconfigurable Multibeam Antenna (IRMA) an Bord des von Space Systems/Loral integrierten militärischen Kommunikationssatelliten SpainSAT und einer Aktivantenne an Bord des von Airbus Defence and Space bzw. Astrium gebauten Weltraumteleskops Gaia zurück.
Der RedSAT On-Board Processor (OBP) basiert auf Entwicklungen von Thales Alenia Space aus Spanien und benutzt DVB/MPEG2 Standards zum Informationstransport. Für vier 36-Megahertz-Kommunikationskanäle kann er eingehende DVB-RCS-Signale (DVB-RCS: Digital Video Broadcasting – Return Channel via Satellite) aufbereiten und im DVB-S2-Format zur Sendung vorbereiten. Er kann außerdem Verbindungen zu irdischen IP- und Telefonnetzen herstellen.
Ein sogenannter „Ka-Band Demonstrator“ mit neuartiger Ansteuerungseinheit, drei Transpondern und einer feststehenden Sende- und Empfangs-Antenne besitzt eine besonders große Bandbreite (144 Megahertz). Bisher übliche Systeme waren häufig auf den Betrieb mit einer ganz bestimmten Leistung auf einer ganz bestimmten Frequenz hin ausgelegt. Mit flexibel einstellbarer Sendeleistung und nachträglich wechselbaren Frequenzen wird ein flexiblerer Einsatz eines Kommunikationssatelliten ermöglicht. Gegebenenfalls kann Leistung, wo sie nicht benötigt wird, reduziert und für andere Anwendungen an Bord des Satelliten benutzt werden.
Der Strom …
… für die elektrischen Verbraucher an Bord von Hispasat 36W-1 wird von zwei Solarzellenauslegern bereitgestellt. Die von Airbus Defence and Space Ottobrunn gebauten Ausleger mit Galliumarsenid 3G triple junction-Zellen und integrierten Bypass-Dioden von der AZUR SPACE Solar Power GmbH aus Heilbronn sind so montiert, dass sie von den elektrischen Triebwerken am Satellitenkörper möglichst wenig beeinflusst werden. Die Ausleger geben dem rund 4,95 Meter hohen, mit entfalteten Antennen rund 7,5 Meter breiten Satelliten eine Spannweite von rund 20,8 Metern. Bei ihrer Konstruktion wurde auf Erfahrungen mit Baugruppen für die Satellitenbusse EuroStar-3000 und Alphabus zurückgegriffen. Die mögliche Gesamtleistung des Stromerzeugungssystems mit einer Stromschienenspannung von 50 Volt liegt bei über 6 Kilowatt, wovon die Kommunikationsnutzlast maximal etwas über 3,4 Kilowatt benötigt. Der Stromspeicherung dienen Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
Der Betreiber …
… Hispasat will den neuen Satelliten verwenden, um Empfänger in Europa, auf den Kanarischen Inseln und in Südamerika mit Multimediadiensten zu versorgen. Im Ku-Band ist eine Ausleuchtzone namens AME vorgesehen, die Nord- und Südamerika abdeckt. Eine weitere Ku-Band-Ausleuchtzone, EUR genannt, überstreicht die meisten Teile Europas inklusive der Balearen, Kanaren, Madeira, und den Azoren, sowie Nordafrika inklusive Tel Aviv in Israel. Der iberischen Halbinsel mit Spanien und Portugal sowie den Balearen und Kanaren ist die Ka-Band-Ausleuchtzone unter der Bezeichnung IBERIA/CANARY gewidmet.
Hispasat ging zur Realisierung des Satelliten ein öffentlich-privates Partnerschaftsprojekt (Public-private-Partnership, PPP) ein, an dem maßgeblich insbesondere die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) mit ihrem Programm ARTES (Advanced Research in Telecommunications Systems) und die OHB System AG mit Sitz in Bremen als Hauptauftragnehmer und zur Führung der mitarbeitenden Industrieunternehmen beteiligt sind.
Das SmallGEO-Programm der ESA, dem der Satellit entspringt, wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt. Entwicklung von Satellitenbus und Kommunikationsnutzlast wurden mit rund 150 Millionen Euro aus Deutschland gefördert. Insgesamt flossen über 300 Millionen Euro öffentlicher Fördermittel aus Europa in das Projekt.
Hispasat will den Satelliten vom eigenen Kontrollzentrum Arganda del Rey in der Nähe der spanischen Hauptstadt Madrid aus überwachen und steuern. Vorher erfolgt die Kontrolle des Satelliten jedoch von Bayern aus, wo Ingenieure und Techniker des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (German Space Operations Center, GSOC) beim DLR in Oberpfaffenhofen und an der Bodenstation in Weilheim im Rahmen der frühen auch Launch and Early Orbit Phase (LEOP) genannten Inbetriebnahmephase tätig sind.
Zunächst sind intensive Tests der raumflugtechnischen Komponenten des Satelliten angesetzt. Anschließend steht der Transfer des Satelliten zu seiner Einsatzposition im GEO an. Dort werden insbesondere die Transponder und Antennen der Kommunikationsnutzlast auf Herz und Nieren geprüft. Ist alles einsatzbereit, wird die Kontrolle des Raumfahrzeugs schließlich an Hispasat übergeben.
Die Katalogisierung …
… des früher einmal HISPASAT Advanced Generation Satellite 1 bzw. Hispasat AG1 genannten Raumfahrzeugs erfolgte mit der NORAD.Nr. 41.942 und als Cospar-Objekt 2017-006A. Die Fregat-Oberstufe wurde katalogisiert mit der NORAD.Nr. 41.943 und als Cospar-Objekt 2017-006B.
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