Viertes Meeting der Interagency Operations Advisory Group

Bodenstationen - Lebensadern von Weltraummissionen
13 Dezember 2001

Am 4. und 5. Dezember tagte im Europäischen Space Operations Centre ESOC in Darmstadt die Interagency Operations Advisory Group (IOAG). Das internationale Arbeitsgremium wurde zur Abstimmung der Kommunikationsverfahren zwischen Bodenstationen nationaler und internationaler Raumfahrtagenturen bei der Durchführung von Weltraummissionen gegründet. Der IOAG obliegt vor allem die Einführung technischer Standards. Diese sollen sowohl den Austausch von Signalen zwischen Satelliten und Bodenstationen als auch den Datenaustausch verschiedener Stationen untereinander gewährleisten. Ein Schwerpunkt des vierten Meetings war die Abstimmung von Frequenzen und Übertragungsverfahren für die zahlreichen Marsmissionen, die in den nächsten Jahren durchgeführt werden.

Kommunikationswege - Lebensadern einer Mission

Die Bodenstationsnetze der nationalen und internationalen Raumfahrtagenturen stellen gewissermaßen die Lebensadern jeder Weltraummission dar. Sie gewährleisten die wechselseitige Verbindung zwischen Station und Satellit: Zum einen erhalten die Wissenschaftler die Messergebnisse der jeweiligen Bordinstrumente. Zum anderen wird der Ablauf der Mission durch das Aussenden von Kommandos gezielt gesteuert.
Normalerweise ist für die regelmäßige oder ständige Verbindung zu einem Satelliten ein ganzes Netz von Bodenstationen nötig. Nationale Raumfahrtagenturen wie die NASA (USA) oder die CNES (Frankreich) mussten für ihre Raumfahrtaktivitäten schon frühzeitig derartige Stationsnetze errichten. Dabei achteten die Verantwortlichen zunächst nicht auf die länderübergreifende Standardisierung der Sende- und Empfangsfrequenzen, der Übertragungsverfahren und anderer technischer Parameter. Jedes Land nutzte seine eigenen Systeme.

Standards für internationale Zusammenarbeit nötig

In den 70-er und 80-er Jahren wurden die Weltraummissionen jedoch komplexer. Es kamen internationale Agenturen mit umfangreichen Aktivitäten hinzu. Bestes Beispiel ist hier die ESA. Rapide stieg die Zahl der in internationaler Zusammenarbeit betriebenen Satelliten und Weltraumsonden an. Damit wuchs auch der Datenaustausch zwischen den Raumfahrtagenturen. Gleichzeitig wurden die Bodenstationskapazitäten bei verschiedenen Missionen gemeinsam genutzt. Der Begriff "Interoperability" für die technische Realisierung der Kommunikation solcher Vorhaben erlangte eine zunehmende Bedeutung.
Die Konsequenzen waren längst überfällig: Zum einen mussten Datenformate und Übertragungsverfahren standardisiert werden. Zum anderen galt es gemeinsam genutzte Kapazitäten sorgfältig zu planen.
Seit den 80-er Jahren wurde dazu eine Reihe von Arbeitsgremien gegründet, so das Consultative Committee for Space Data Systems (CCSDS), die Inter Agency Consultative Group (IACG) oder die Space Frequency Coordination Group (SFCG). Im Juni 1999 trafen sich im Hauptquartier der ESA in Paris Vertreter von sieben internationalen Raumfahrtagenturen zum Interoperability Plenary. Es galt die Abstimmungs- und Standardisierungsprozesse zu beschleunigen. Auf dieser Versammlung wurde die IOAG gegründet. Sie soll vor allem die Koordinierung konkreter Projekte vornehmen sowie Datenschnittstellen, Prozeduren und andere Standards für die Kommunikation in der Raumfahrt abstimmen. Die Gruppe, der Fachleute aus den Mitgliedsagenturen angehören, trifft sich regelmäßig zur Abstimmung und Festlegung der nächsten Arbeitsschritte. In Darmstadt fand nunmehr die vierte Zusammenkunft statt.

Gedränge auf dem Weg zum Mars

Die 70m-Parabolantenne im kalifornischen Goldstone
Die 70m-Parabolantenne im kalifornischen Goldstone

Grosse Bedeutung erlangt die Zusammenarbeit der Bodenstationen verschiedener Agenturen bei dem Run auf den Mars in den nächsten Jahren. Bereits im Marsorbit operiert die US-Raumsonde Odyssey. Auf dem Weg zum roten Planeten befindet sich die japanische Nozomi-Sonde. Weitere Mars-Raumflugkörper werden in den nächsten Jahren starten. Hierzu gehört auch die ESA-Sonde Mars Express. Im Mittelpunkt des Darmstädter Treffens standen daher die Kommunikationsprobleme, die mit der Vielzahl der Marssonden einhergehen. Da mit allen im selben Frequenzband kommuniziert wird, können jedem Übertragungskanal nur 100 MHz Bandbreite zugewiesen werden. Das ist bei der heutigen Fülle der auszutauschenden Daten so gut wie nichts. Deshalb ist der Einsatz jener modernen Übertragungsverfahren nötig, die trotz der vorgegebenen "Schmalspurbahn" einen akzeptablen Datendurchsatz gewährleisten. Das bedeutet aber auch die geeigneten Kommunikationssysteme an Bord der Raumsonden zu installieren. Die Abstimmungen müssen also bereits bei der Projektierung einer Mission beginnen.

Ressourcen-Management für Bodenstationen

Die Deep Space Ground Station der ESA im Aufbau
Die Deep Space Ground Station im Aufbau

Ein weiteres Problem ist das Ressourcen-Management der Verbindungen zu den einzelnen Sonden. Dem Deep Space Network der NASA kommt bei der Planung besondere Bedeutung zu, da es in alle Marsmissionen eingebunden ist. Inzwischen verfügt auch Frankreich (CNES) über eine geeignete Station für interplanetare Entfernungen. Die ESA errichtet gerade in Australien bei New Norcia eine 35m-Antenne.
Aber mit einer einzigen Bodenstation kann man keine ESA-Mission erfolgreich steuern. Vielmehr müssen die Stationen der verschiedenen Agenturen zeitweilig miteinander verknüpft werden. Dieser so genannte Cross Support macht eine sorgfältige Planung notwendig, um die notwendigen Kapazitäten, Verfahren und Übertragungs-Protokolle zum richtigen Zeitpunkt zur Verfügung zu haben. Die IOAG hat deshalb ein Mars Cross Support Mission Model erstellt, das regelmäßig aktualisiert wird.

Cross Support für weitere Missionen

Doch nicht nur die Marssonden werden von Bodenstationen verschiedener Agenturen bedient. Das gilt auch für viele Satelliten auf erdnahen Umlaufbahnen, beispielsweise für die ESA-Satelliten Cluster II und ERS 2. Auch für diese Missionen wird von der IOAG ein Cross Support Mission Model erstellt und regelmäßig aktualisiert. Dies geschah auch auf dem Meeting in Darmstadt. In einem derartigen Modell sind die einbezogenen Missionen, die beteiligten Agenturen, die benötigten Bodenstationen je Mission, die geplanten Frequenzen und Übertragungsverfahren aufgelistet. So können Konflikte, wie z.B. bei den Sende- und Empfangsfrequenzen besser erkannt und beseitigt werden.

Weitere Aktivitäten bezogen sich in Darmstadt auf die Bestätigung von Übertragungsstandards. Diese können dann in den Bodenstationen der beteiligten Agenturen implementiert werden.

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