Neue Software bringt Daten direkt zu Wissenschaftlern

Das ESOC in Darmstadt
2 Februar 2004

Daten sendet und empfängt ein Satellit über weltweit dezentral liegende Bodenstationen. Damit sind die Daten aber noch nicht bei den Nutzern. Fachleute des Europäischen Satellitenkontrollzentrums ESOC haben deshalb mit Experten anderer Weltraumagenturen eine Standardsoftware geschaffen, die wesentliche Erleichterungen schafft. Sie ermöglicht den direkten Zugriff der Nutzlast-Betreiber auf die Daten „ihres“ Satelliten.

Alle bedeutenden Weltraumorganisationen betreiben Bodenstationsnetzwerke, um mit ihren Raumflugkörpern im Weltraum kommunizieren zu können. Für die ESA wurde dazu in Darmstadt das Europäische Satellitenkontrollzentrum ESOC geschaffen. An die Darmstädter Zentrale ist ein weltweites Netz von Bodenstationen für den Empfang von Daten und das Senden von Befehlen zu den vom ESOC betriebenen Satelliten und interplanetaren Sonden angeschlossen.

Speziell für Tiefraummissionen sind die Anforderungen an die Hardware der Bodenstation sehr hoch. Die schwachen Signale müssen mit gewaltigen Antennen eingefangen und durch Hochleistungsempfänger, die an den physikalischen Grenzen arbeiten, aufbereitet werden. Ein Beispiel dafür ist die 2003 speziell für interplanetare Missionen der Europäer in Betrieb genommene ESA-Station New Norcia in Westaustralien. Dabei gehört die dort errichtete 35-Meter-Antenne noch nicht einmal zu den Riesen. Beim Deep Space Network (DSN) der NASA kommen sogar 70-Meter-Antennen zum Einsatz.
Da derartige Einrichtungen sehr teuer sind, kann nicht jede Weltraumorganisation ein komplettes eigenständiges Netzwerk errichten. Deswegen werden je nach Flugprofil einer Raumsonde häufig die Bodenstationen anderer Agenturen genutzt. So bedient sich die NASA der ESA-Antenne in New Norcia, um Daten ihrer eigenen Marssonden zu erhalten. Umgekehrt erhält das ESOC Informationen von der europäischen Raumsonde Mars Express über das amerikanische DSN.

Standardisierter Datenaustausch

Was sich einfach anhört, war lange Jahre jedoch mit Problemen behaftet. Jede Agentur hat für ihr Bodenstationsnetz eigene technische Lösungen geschaffen, die mit denen der anderen Organisationen nicht kompatibel waren. So konnten die Rechnersysteme des ESOC beispielsweise NASA-Daten nicht verstehen. Das galt natürlich auch in der umgekehrten Richtung.
Deshalb wurde auf Initiative der ESA und der NASA Anfang der 80-er Jahre das Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS) geschaffen. Ihm gehören alle bedeutenden nationalen und internationalen Weltraumagenturen an. Derzeit sind zehn Organisationen Vollmitglieder und 23 haben einen Beobachterstatus. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) ist als deutscher Vertreter Vollmitglied. Als Aufgabe hat sich das CCSDS die Schaffung von Standards gestellt, nach denen sich alle beteiligten Agenturen bei der Gestaltung ihrer Datenstrukturen richten müssen. So wird der problemlose Austausch von Daten und Befehlen zwischen verschiedenen Bodenstationsnetzen gewährleistet.

Neuer Service verbindet Bodenstationen mit Nutzern

Das ESOC - die europäische Zentrale zur Satellitensteuerung

Zunehmend komplexere Satelliten und Tiefraummissionen erfordern inzwischen die Bewältigung immer umfangreicherer Datenströme zwischen dem Raumflugkörper und den Nutzern der Informationen. Dabei sitzen diese oft nicht mehr in der Zentrale einer Bodenstation, sondern haben ihren Arbeitsplatz weit davon entfernt in einer anderen Institution. Die Fachleute möchten jedoch oft „ihre“ Nutzlast an Bord selbst steuern und umgekehrt Daten in Echtzeit erhalten. Dazu wollen sie die üblichen Kommunikationsnetze wie beispielsweise ISDN-Leitungen nutzen. Ein weiteres Beispiel ist der Betrieb eines kleinen Forschungssatelliten einer Universität, die sich keine eigene Bodenstation leisten kann.
Diesen Forderungen wurde das CCSDS gerecht, indem es einen Standard und die zugehörige Basis-Software für so genannte Space Link Extension Services (SLEs) geschaffen hat. Diese SLE-Software gestattet nun den wesentlich einfacheren Datenaustausch zwischen verschiedenen Bodenstationen, zwischen den Nutzlasten an Bord eines Satelliten und seinen Nutzern sowie die einfachere Wiederverwendung bei Nachfolgemissionen. Gegenüber missionsspezifischen Entwicklungen können damit enorme Kosten gespart und die Entwicklung beschleunigt werden. Mit Hilfe der neuen Software lässt sich jetzt auch für externe Betreiber kleiner Satelliten die Verbindung zu ihrem „Baby“ im Weltraum über die Bodenstation einer großen Agentur leicht herstellen.

Erfolgreich erprobt mit INTEGRAL und Mars Express

New Norcia "belauscht" die Marssonden von ESA und NASA

Im November 2003 konnte die in internationaler Zusammenarbeit entwickelte Software in Betrieb genommen werden. „Im ESOC haben wir sie bei INTEGRAL und Mars Express zuerst eingesetzt. Mit Erfolg!“, freut sich Palle Soerensen, einer der beim ESOC tätigen Software-Entwickler.
Der Darmstädter Experte hatte großen Anteil an der Entwicklung des europäischen Teils in dem weltweiten Projekt. Die Vorzüge der SLE-Software schildert er wie folgt: „Wir haben als Übertragungsformat für die Daten das vom Internet bekannte TCP/IP-Protokoll gewählt. Es hat sich bereits bei vielen anderen Anwendungen bewährt. Damit konnte ein hoher Standardisierungsgrad bei den SLE-Softwarepaketen erreicht werden. Der Nutzer kann jetzt mit einem üblichen Internet-Browser auf seine Daten zugreifen. Auch die Datenübertragung über vorhandene Kommunikationsnetze ist nunmehr kein Problem mehr. Um die Arbeit künftig noch effektiver zu gestalten, richten wir im ESOC eine Bibliothek mit allgemeinen Anwendungsprogrammen ein, die schnell an die Erfordernisse künftiger Missionen angepasst werden können.“

Zeitgleich zur ESA haben auch andere große Weltraumagenturen die SLE-Software in ihre Systeme implementiert. Für die NASA bedeutet das einen wesentlich erleichterten Zugriff auf die vom Mars kommenden Daten ihrer Rover und Sonden über verschiedene weltweit verstreut liegende Bodenstationen. Nach Mars Express und INTEGRAL sollen nun die an der Kometensonde Rosetta beteiligten Wissenschaftler die Vorzüge der Space Link Extension Programme im ESOC nutzen können.

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