Quelle: OHB SE 3. September 2024.

Bremen, 3. September 2024. Automotive goes space: Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen des Raumfahrtkonzerns OHB SE, wurde von der Europäischen Weltraumorganisation ESA als Hauptauftragnehmerin für das Projekt „V2X (Vehicle-to-Everything) – services demonstration over satellite“ beauftragt. Das Projekt wird unterstützt vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt. Das Ziel ist es, zu demonstrieren, wie eine zukünftige ununterbrochene Kommunikation für Pkw mit Unterstützung der terrestrischen 5G-Technologie und der Satellitenkommunikation sichergestellt werden kann.

Die Technologie- und Servicedemonstrationsmission V2X soll die Vorteile vom Zusammenspiel terrestrischer Kommunikationsnetzwerke und Satellitenkommunikation aufzeigen. Zu den möglichen Testbereichen zählen u. a. das autonome Fahren, der Fernzugriff auf das Fahrzeug und der Pannennotruf. Das Projektkonsortium setzt sich aus dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, der MediaMobil Communication GmbH, der Deutschen Telekom Business Solutions GmbH, der jember GmbH sowie der BMW AG (Assoziierter Partner) zusammen. OHB übernimmt die Projektführung und die Systemarchitektur. Die Mission wird vom ESA-Programm Space for 5G/6G & Sustainable Connectivity finanziert, einer Programmlinie für Forschung in Telekommunikationssystemen innerhalb des ESA-Direktorats für Konnektivität und sichere Kommunikation.

Die Kombi macht’s
Wer mit dem Auto auf Geschäftsreise ist, kennt vermutlich die Situation: Man möchte Funktionen des Fahrzeugs wie die Navigation nutzen, ein Telefonat oder einen Teamsanruf tätigen und stellt fest, dass der Dienst gestört ist. Das wäre nicht passiert, wenn ein Satellitensystem integriert worden wäre. In Kombination mit den terrestrischen Netzen kann das Satellitennetz auch in sehr dünn besiedelten und sogar unbewohnten Gebieten, in denen die Nutzer nicht auf eine Verbindung verzichten wollen, eine Abdeckung bieten. Die Chancen und Perspektiven der Nutzung von Satellitensystemen für die Automobilindustrie sollen nun in der V2X-Mission aufgezeigt werden. „V2X passt perfekt zu unserer Vision einer vernetzten, autonomen Zukunft. Wir freuen uns sehr, der Prime für dieses transformative Projekt zu sein. Durch die Nutzung von 5G und Satellitennetzen können wir künftig moderne Anwendungen liefern, mit denen die Automobil- und Mobilitätslandschaft neu gestaltet werden kann. Dabei ist Satellitenkommunikation ein essenzieller Bestandteil, um eine sichere und unterbrechungsfreie Kommunikation zu ermöglichen“, sagt Ariane Wyen, Direktorin für Technology Development Projects for Telecom, Navigation and Defense bei der OHB System AG.

Ziel des Konsortiums ist nicht nur die Verbesserung der Konnektivität von Fahrzeugen, sondern auch die Nutzung von Synergien zwischen Automobil- und Raumfahrtsystemen, um den Kunden zukunftsweisende Dienste anzubieten. Künftig könnten Pkw beispielsweise Daten über Luftverschmutzung oder den Straßenzustand liefern und diese an das Netzwerk zurücksenden, um entsprechende Maßnahmen davon abzuleiten. Die V2X-Mission wird somit Innovationen in der Automobil- und Telekommunikationsbranche vorantreiben und auch die Vorreiterrolle für die deutsche Industrie sichern, so Ariane Wyen: „Das Projekt dient auch als Demonstration der deutschen Technologieführerschaft in den Bereichen Raumfahrt und Telekommunikation. Es wird Europas Position im weltweiten Wettlauf um die Einführung fortschrittlicher V2X- und 5G-Technologien stärken.“

Laurent Jaffart, ESA-Direktor für Konnektivität und sichere Kommunikation sagt: „Die V2X-Mission ist ein Beispiel für das Bestreben der ESA, Weltraumtechnologie für terrestrische Innovationen zu nutzen. Durch die Integration von Satellitenkommunikation mit 5G-Netzen ebnen wir den Weg für eine nahtlose Konnektivität, die die Automobilindustrie verändern wird.“

Über das Programm Space for 5G/6G & Sustainable Connectivity der ESA
Die Programmlinie Space for 5G/6G & Sustainable Connectivity, die Teil der Advanced Research in Telecommunications Systems (ARTES) ist, fördert 5G- und 6G-Technologien zur Unterstützung der digitalen Transformation Europas durch die Integration von Satelliten- und Bodennetzen. Diese Verschmelzung von terrestrischen (TN) und nicht-terrestrischen Netzen (NTN) wird die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, im Hinblick auf intelligente Mobilität, globale Abdeckung, Sicherheit und Netzstabilität revolutionieren. Das Programm zielt darauf ab, die Standardisierung nahtloser globaler Konnektivität für verschiedene Branchen und Anwendungen zu fördern, darunter Telemedizin, Teleunterricht und autonome Fahrzeuge, Flugzeuge und Schiffe. Der ECSAT 5G/6G Hub (UK), der gemeinsam mit CGI und der britischen Weltraumbehörde gegründet wurde, ist ein Zentrum für Innovation und Demonstration, das auf die wachsenden Anforderungen von Interessengruppen wie Betreibern, Technologie- und Dienstanbietern sowie Anwendungsentwicklern zugeschnitten ist. Das ESTEC Telecom 5G/6G Lab (Niederlande) verfügt über eine Vielzahl von Testeinrichtungen für TN/NTN und bietet einen Raum für die Zusammenarbeit mit Industriepartnern.

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• OHB-System

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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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• Syracuse-4B und Heinrich Hertz auf Ariane 5 ECA+ von Kourou

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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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• Syracuse-4B und Heinrich Hertz auf Ariane 5 ECA+ von Kourou

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Quelle: ESA 25. Juli 2022.

25. Juli 2022 – Die ESA hat ein Projekt geleitet, in dem untersucht wurde, ob ein aus dem Satellitendesign übernommener Ansatz mit Gruppenantennen eine bessere Positionsbestimmung für zukünftige Smartphones, Tablets, Drohnen und andere Massenmarktgeräte ermöglichen könnte.

Alle derzeit in Europa verkauften Smartphones sollten die europäische Galileo-Konstellation verwenden. Sie ist heute das präziseste Satellitennavigationssystem der Welt und bietet mehr als 3 Milliarden Nutzer*innen auf der ganzen Welt eine metergenaue Ortung. Allerdings erreichen die Nutzer*innen von Smartphones in der Regel nicht die gleiche Präzision wie die Nutzer*innen von speziellen Satellitennavigationsempfängern.

„Die Satellitennavigation ist nur eine von vielen verschiedenen Funktionen, für die unsere Smartphones entwickelt wurden, sodass ihr typischer Ortungsfehler ziemlich hoch ist“, sagt die Antenneningenieurin Victoria Iza, die das Projekt für die ESA leitet.

„In der Praxis ist die Genauigkeit von der Umgebung abhängig. Am schlechtesten ist sie in bebauten Gebieten und Straßenschluchten, wo ein Teil des Himmels verdeckt ist. Der Ortungsfehler kann bis zu 10 m oder sogar noch höher steigen – das reicht zwar immer noch aus, um die richtige Straße zu finden, aber nur gerade so. Wenn man nämlich ein Smartphone auseinandernimmt, sieht man, dass die Navigationsfunktion von einer einzigen Antenne abhängt, die kleiner als eine Mini-Sim-Karte ist.“

„Wir haben im Rahmen des AMELIE-Projekts (Advanced Multi-Frequency Low-Cost, High Gain GNSS Antennas for next generation of Mass-Market Devices) die Anzahl der Navigationsantennen erhöht und jeweils eine auf jeder Seite der Platine vorsichtig platziert, um die Tasten und den Lautsprecher des Telefons zu umgehen. Dann haben wir ihre Eingänge mit einem für Satellitenantennen üblichen Gruppenansatz zusammengeführt. Wir wollten die Leistung bei der Geolokalisierung, der Signalverstärkung und der Phase verbessern, damit sie für Geräte der nächsten Generation geeignet sind.“

Das ursprüngliche Konzept stammt vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS und wurde durch das Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP) der ESA unterstützt, das neue Konzepte im Bereich der Ortung, Navigation und Zeitmessung untersucht. Das deutsche Unternehmen TeleOrbit fungierte bei dem Projekt als Hauptauftragnehmer.

„Unser Team arbeitet normalerweise an großen Satellitenantennen, daher ist dies ein interessanter Wechsel hin zu kleineren, kostengünstigen Geräten für den Massenmarkt“, fügt Victoria Iza hinzu. „Und letztendlich wird der Erfolg durch die Erfahrung der Endbenutzer*innen definiert. Das bedeutete, dass das Projektteam nicht nur im Labor, sondern auch im Freien eine Reihe von Geh- und Fahrversuchen durchführen musste.“

Die Tests fanden in und um Nürnberg statt, wo TeleOrbit und das Fraunhofer-IIS angesiedelt sind. Matthias Overbeck vom Fraunhofer-IIS erklärt: „Wir nutzten unsere Absorberkammer für die Bewertung von Antennenmustern und der Abschwächung von Mehrwegsignalen, aber wir unternahmen auch Spaziergänge und Fahrten durch eine Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen, vom bebauten Stadtzentrum über enge Straßen bis hin zu weniger bevölkerten Gebieten unter freiem Himmel.“

„Vieles hängt von der Umgebung ab, da hohe Gebäude die GNSS-Signale abschatten, während alle Arten von Objekten die Signale ebenfalls reflektieren. Diese Mehrwegsignale verringern auch die Genauigkeit der Ortung.“

„Außerdem haben die Feldtests ergeben, wie wichtig die Einbeziehung der Benutzer*innen ist, denn die Platzierung des Smartphones in der Hand der Benutzer*innen beeinflusst das Verhalten und die Leistung der AMELIE-Antenne.“

Das Team hat zwei Arten von Antennen getestet: ein Dualband-Design mit zwei separaten Frequenzbändern, das eine deutliche Leistungssteigerung gegenüber herkömmlichen Empfängern für Smartphones bietet, da Fehler durch die Ionosphäre, eine elektrisch aktive atmosphärische Schicht, ausgeglichen werden können, und eine Multiband-Version, mit der bis zu fünf Frequenzbänder der Konstellationen GPS, GLONASS und BeiDou sowie Galileo genutzt werden können.

Für den Einsatz im Auto hat das Team auch eine Keramikhalterung untersucht, die den Fokus der Antennen auf die Satellitensignale optimiert und gleichzeitig das Telefon in einem optimalen Winkel von 30° hält.

Dabei erreichte das Team einen maximalen Ortungsfehler von 1 m, eine zehnfach bessere Genauigkeit. Sie wollen in einem nächsten Schritt direkt mit einem Smartphone-Hersteller zusammenarbeiten, um herauszufinden, welche Fläche maximal für die Navigationsfunktionalität zur Verfügung steht. Dabei muss auch berücksichtigt werden, dass die Leistung der Antennen durch benachbarte Komponenten beeinträchtigt werden kann.

Sie sprechen auch Drohnenunternehmen an, bei denen der Platz weniger beschränkt ist und die zusätzliche Leistung der Gruppenantennen einen deutlichen Marktvorteil bedeuten könnte.

Über NAVISP
Viele der Experten, die das Galileo-Satellitennavigationssystem entworfen und betreut haben, unterstützen jetzt europäische Spitzenunternehmen bei der Entwicklung neuer Navigationstechnologien und -dienste. Das Ergebnis ist das Navigation Innovation and Support Programme (NAVISP) der ESA.

NAVISP befasst sich mit allen möglichen cleveren Ideen für die Zukunft der Navigation: Möglichkeiten zur Verbesserung der Satellitennavigation, alternative Ortungssysteme sowie neue Navigationsdienste und -anwendungen.

In Zusammenarbeit mit der europäischen Industrie und Forschung wurden bisher mehr als 200 NAVISP-Projekte initiiert.

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