Quelle: Fraunhofer IIS 18. April 2024.

18. April 2024 – Der FOBP hat in der vergangenen Woche die letzten Tests bestanden und seinen Dienst an Bord des Heinrich-Hertz-Satelliten der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) aufgenommen.

Die Satellitenkommunikation steht oftmals vor dem Dilemma, dass leistungsfähigere Technologien erst dann eingesetzt werden, wenn ihre Funktionsfähigkeit auch im Weltall bewiesen werden konnte. Dies verzögert Fortschritte und hemmt das Innovationspotenzial der Satellitenbranche. Um diese Bremse zu lösen, hat das Fraunhofer IIS mit dem FOBP ein Labor im All eröffnet, das mit einem besonderen Feature ausgestattet ist: Auch in 36.000 Kilometern Höhe kann die Nutzlast des Satelliten jederzeit von der Erde aus angesteuert und für unterschiedliche Anwendungsfälle umprogrammiert werden. »Das kann man sich wie bei einem Smartphone vorstellen, das Updates installiert, um neuen Anforderungen gerecht zu werden«, sagt Rainer Wansch, Leiter der Abteilung »HF und SatKom Systeme«.

Die Möglichkeiten der Branche, die Experimentierplattform zu nutzen, sind daher genauso vielfältig wie die Satellitenkommunikation selbst. Ihr reibungsloser Ablauf ist darauf angewiesen, dass sich unterschiedliche Elemente zu einer nahtlosen Übertragungskette zusammenfügen. Dazu gehören die Bestandteile, die in einen Satelliten eingebaut werden, ebenso wie das Equipment, das in Form von Modems und Antennen die Kommunikation vom Boden aus ermöglicht. Damit diese einzelnen Elemente optimal zusammenwirken können, werden zudem unterschiedliche Konzepte erforscht, die darauf abzielen, die Kapazitäten möglichst effizient zu managen.

Hilfe im Katastrophenfall
Wie eine leistungsfähigere Satellitenkommunikation künftig dabei helfen kann, den Informationsaustausch auf der Erde konkret zu verbessern, will das Fraunhofer IIS auch in eigenen Experimenten ergründen. Eines der Projekte ist eine Konsequenz aus der Flutkatastrophe im Ahrtal vor zwei Jahren. Damals beschädigten die Wassermassen die Kommunikationsinfrastruktur derart stark, dass der Mobilfunk über Tage hinweg lahmgelegt war. Nun soll untersucht werden, wie der FOBP mit seiner Flexibilität dazu beitragen kann, Rettungskräften einen sicheren und stabilen Direktzugriff zum Satelliten zu verschaffen. »Damit wäre die Kommunikation im Katastrophenfall gewährleistet – auch unabhängig vom Mobilfunk und dessen kommerziellen Anbietern«, sagt Rainer Wansch.

Das Beispiel verdeutlicht, dass Satelliten eine immer bedeutendere Rolle für die Kommunikation am Boden einnehmen. In der neuen Mobilfunkgeneration werden die Flugkörper nun konsequent in das 5G-Netz integriert. Ziel sind »Non-Terrestrial Networks«, in denen der terrestrische und satellitenbasierte Datenverkehr zu hybriden Netzen verschmilzt. Diese sollen sicherstellen, dass der Mobilfunk sogar entlegene Regionen erreicht. Wie 5G über Satellit angebunden werden kann, auch das wird in einem Experiment mit dem FOBP erforscht.

Weltall-Simulation in Erlangen
Das Labor im All können Forschungsinstitute und Unternehmen in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IIS nutzen. Unterstützt werden die Kommunikationsexperimente von der Testinfrastruktur in Erlangen. Dazu gehört eine Bodenstation inklusive Multiband-Satellitenantenne, die den FOBP überwachen und ansteuern kann. Das Fraunhofer IIS verfügt in Erlangen auch über eine Thermal-Vakuum-Kammer, in der sich die Technologien unter simulierten Weltall-Bedingungen in einem baugleichen FOBP-Modell auf den realen Einsatz vorbereiten können.

Die Heinrich-Hertz-Mission und ihre Partner
Mit der Heinrich-Hertz-Mission startet erstmals ein eigener deutscher Kommunikationssatellit zur Erforschung und Erprobung neuer Technologien und Kommunikationsszenarien. Die Mission leistet damit einen Beitrag zur Informationsgesellschaft in Deutschland. Die Heinrich-Hertz-Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und unter Beteiligung des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten wurde die OHB-System AG beauftragt. An der Entwicklung und dem Test des Satelliten sind zudem die Firmen IABG GmbH, MDA AG und TESAT GmbH & Co. KG beteiligt. Das Bodensegment wird von der OHB Digital Connect in Zusammenarbeit mit der Firma CGI verantwortet. Dabei wurde das Satellitenkontrollzentrum in Bonn realisiert. Die Standorte für die neuen Bodenstationen befinden sich in Hürth (Nordrhein-Westfalen) und Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern). Für den Start der Mission an Bord der Ariane-5-Trägerrakete (VA261) ist Arianespace verantwortlich. An der Mission sind insgesamt 42 Partner beteiligt – davon 14 an der wissenschaftlichen Nutzlast.

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Quelle: INT 5. Juli 2023.

5. Juli 2023 – Der am Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT entwickelte On-board Radiation Sensor (FORS) kommt auf dem Heinrich-Hertz-Satelliten, der am 5. Juli ins All startet, erstmalig zum Einsatz. Die Sensoren messen intensive Strahlenereignisse im Orbit, um die strahlungsempfindlichen Bauteile des Satelliten je nach Strahlungsniveau zu schützen. Die Messungen sollen außerdem dazu beitragen, ein besseres Verständnis für die Strahlungsumgebung der Satellitentechnik unter realen Bedingungen zu bekommen.

Die Heinrich-Hertz-Mission verfolgt mehrere Ziele. Eines davon ist es, neue Technologien für die Satellitenkommunikation im Weltraum zu testen. Satelliten sind im Weltraum zahlreichen Herausforderungen ausgesetzt, darunter extreme Temperaturen, aber auch Strahlung. Diese Bedingungen führen im schlimmsten Fall zum Ausfall der Technik. Um dieses Risiko zu minimieren, durchläuft der Satellit mit dieser Mission die sogenannte In-Orbit-Verifikation, um so das Ausfallrisiko für zukünftige Missionen zu minimieren.

Der Fraunhofer On-board Radiation Sensor misst die Dosis bzw. die Teilchenflüsse auf Trägern für elektronische Bauteile, den sogenannten Leiterplatten. Auf diesen befinden sich in unmittelbarer Nähe die zu schützenden strahlungsempfindlichen Bauteile. Bei intensiven solaren Strahlungsereignissen im Orbit kann ein plötzlicher Anstieg der Teilchenflüsse erheblichen Schaden verursachen. Die Messungen geben Hinweise darauf, wann adaptive Techniken zur Minimierung der Strahlungswirkung eingesetzt werden müssen, um elektronische Bauteile des Satelliten zu schützen. Erkenntnisse aus dieser Mission sind für Satellitenhersteller oder -betreiber von enormer Wichtigkeit.

Für den Heinrich-Hertz-Satelliten hat das Fraunhofer INT außerdem auch schon im Vorfeld Strahlungssimulationen an elektronischen und optischen Komponenten mit seinen Co-60-Gammabestrahlungsanlagen durchgeführt.

Die Sensoren des Fraunhofer INT befinden sich in der Box des Fraunhofer On-Board-Prozessors (FOBP). Dieser wurde am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt und kommt ebenfalls zum ersten Mal im Rahmen dieser Mission zum Einsatz. Herkömmliche Kommunikationssatelliten waren bisher darauf beschränkt, Daten zu empfangen und weiterzuleiten. Der Fraunhofer On-Board-Prozessor (FOBP) hingegen filtert und verarbeitet die empfangenen Informationen bereits an Bord des Satelliten. Er kann von der Erde aus neu konfiguriert und somit jederzeit an neue Kommunikationsstandards angepasst werden. Damit dient er ebenfalls als Testumgebung für neue Satellitenkommunikationssysteme.

Die Heinrich-Hertz-Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn geführt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und das Bundesministerium der Verteidigung sind die Auftraggeber des Kommunikationssatelliten. Das Ziel der Mission besteht darin, neue Technologien im Weltraum unter realen Bedingungen zu testen und Experimente zur Kommunikations-, Antennen- und Satellitentechnik durchzuführen.

Der Satellit, der ein Gewicht von knapp 3,5 Tonnen hat, startet in der Nacht vom 5. auf den 6. Juli, zwischen 00.00 Uhr und 01.05 Uhr deutscher Zeit an Bord der letzten Ariane-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana. Nach dem Erreichen des Orbits wird der Satellit 15 Jahre lang auf einer geostationären Umlaufbahn in einer Höhe von 36.000 Kilometern kreisen.

Das Fraunhofer INT beschäftigt sich mit der Wirkung ionisierender Strahlung auf elektronische, optoelektronische und optische Komponenten und Systeme. In diesem Kontext führt das Geschäftsfeld »Nukleare Effekte in Elektronik und Optik« Bestrahlungstests nach anerkannten Standards durch und berät Unternehmen bei der Strahlungsqualifizierung und -härtung, insbesondere von Raumfahrtkomponenten. Die durch Bestrahlungstests gewonnenen Erkenntnisse werden auch zur Entwicklung von Strahlungssensoren verwendet.

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