Wie steuern wir kostengünstig Weltraummissionen?

Steuerung der Mars Express-Mission am ESOC
22 Juni 2005

Diese Frage diskutierten 150 Experten auf einem viertägigen internationalen Symposium zur Reduzierung der Kosten bei Bodenstationen und deren Betrieb am Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt. Vertreter des ESOC konnten dort exzellente Ergebnisse ihrer Arbeit vorstellen.

Wissenschaftler, Ingenieure und Manager von Weltraumagenturen, -organisationen, -instituten sowie von der Industrie reisten aus den ESA-Mitgliedsstaaten, den USA, Kanada, Japan und – erstmals vertreten – auch aus Russland an. Ihr Ziel war das Symposium „Reducing the Costs of Spacecraft Ground Systems and Operations“, das vom 14. bis 17. Juni 2005 bereits zum sechsten Mal durchgeführt worden ist.
Das internationale Symposium findet seit 1995 im Zweijahresrhythmus statt. Es dient dem Gedankenaustausch über die komplexen Probleme der Planung, Simulation, des Tests und der Steuerung von Weltraummissionen unter dem Aspekt anfallender Kosten. Denn der Aufwand für die Steuerung der immer komplexeren und langlebigeren Missionen steigt. Gleichzeitig müssen die Verantwortlichen bei schmaler werdenden Budgets für den kostengünstigen Betrieb von Bodenstationen sowie der Missionskontrolle neue Lösungen finden.

Dass dieser Weg am ESOC bereits seit Jahren erfolgreich beschritten wird, konnte Paolo Maldari, Chairman der Veranstaltung, in seinem Eröffnungsvortrag an Hand zweier Zahlen eindrucksvoll belegen: „Am ESOC wurden Ende 1995 vier Satelliten gesteuert. Ende 2005 werden wir – mit der gleichen Anzahl Mitarbeiter – 13 Missionen betreuen.“

Der Beitrag des ESOC: „Familienkonzepte“ und Software-Recycling

Ein schneller Check von SMART 1 beim Spaziergang mit einem PDA

Zu der erfreulichen Entwicklung haben am ESOC verschiedene Maßnahmen beigetragen. So wurde mit SCOS 2000 (Spacecraft Operations System) eine modulartig aufgebaute Software entwickelt, die von der Integration über die verschiedenen Testphasen eines Raumflugkörpers bis zu dessen Betrieb im Weltraum zum Einsatz kommt. Die Herausforderung für die Darmstädter Ingenieure besteht nun darin, die für eine Mission spezifischen Programmpakete so zu gestalten, dass sie mit minimalen Anpassungsarbeiten für weitere Missionen genutzt werden können. So ist vorgesehen, die umfangreiche Software von Envisat für die Vorbereitung und Steuerung künftiger Fernerkundungssatelliten zu nutzen.

Um diesen Weg noch konsequenter gehen zu können und damit weitere Entwicklungskosten zu sparen, haben die Experten des ESOC drei „Missions-Familien“ definiert: die Erdfernerkundungsfamilie, die Familie planetarer Missionen und die Familie der Wissenschaftsmissionen. Sie haben jeweils ähnliche Flugbahnen, ähnliche Satellitenbussysteme sowie Instrumentierungen und ermöglichen so die weitere Vereinheitlichung von Softwarebausteinen.

Jean-François Kaufeler, stellvertretender Leiter des ESOC, beschrieb in seinem Vortrag weitere Möglichkeiten für Einsparungen: „Es können Prozesse sowohl an Bord eines Satelliten als auch in der Bodenstation weiter automatisiert, die Hardware und Betriebssysteme am Boden vereinheitlicht sowie neue Softwaretechnologien genutzt werden. Dazu gehören Wissens-Datenbanken und die Fuzzy-Technologie, die es erlaubt, ungenaue Werte vorzugeben und trotzdem exakte Ergebnisse zu erhalten.“ Weitere Reserven liegen nach Kaufeler auch in der Entwicklung verteilter Netzarchitekturen und der Nutzung des Internets, so dass die Operatoren von jedem beliebigen PC mit Internetanschluss Daten eines Satelliten empfangen und darauf reagieren können.

SMART 1 meldet sich vom Mond, via PDA oder Handy

Mittels SMS meldet SMART 1 Probleme auf das Handy

Noch einen Schritt weiter sind die ESOC-Experten bei SMART 1, der ESA-Hightech-Sonde gegangen, die derzeit den Mond umkreist und eine Fülle interessanter Daten liefert. Über einen PDA (Personal Digital Assistant) haben Mitarbeiter des Flight Control Teams die Möglichkeit, den Status der Bordsysteme von SMART 1 abzurufen: „Während der Wochenenden kann ich die Sonde so permanent erreichen und ihren Status alle paar Stunden checken.“ freut sich Octavio Camino, Spacecraft Operations Manager für die Mondsonde.

Die Sonde meldet sich bei Problemen sogar am Handy ausgewählter Operatoren, vor allem an Wochenenden und abends. Das können abweichende Werte von Bordsystemen sein oder ein Sensor meldet erhöhte Strahlungsausbrüche von der Sonne. Die Meldungen werden von einem Softwaresystem im ESOC erzeugt, wenn SMART 1 Probleme oder Abweichungen an Bord erkennt. Eine speziell formatierte Webseite dient als Mittler zwischen den Welten der „Computerfarm“ ESOC und den kleinen elektronischen Helfern in den Taschen der Mitarbeiter.

Von „Robonauten“ und anderen Automaten

Präsentationen von Vertretern des amerikanischen Jet Propulsion Laboratory (JPL), der französischen Raumfahrtagentur CNES und aus Japan zeigten ebenfalls fortgeschrittene Systeme zur Kostenreduktion. So beschäftigen sich Ingenieure in den USA mit der Schaffung eines „Robonauten“, einem humanoiden Roboter, der später große Teile der aufwendigen Weltraumspaziergänge von Astronauten übernehmen beziehungsweise sie unterstützen soll. Ein Robonaut braucht beispielsweise keinen Sauerstoff zum überleben.

Ein anderes Ziel verfolgt das Autonomous Sciencecraft Experiment (ACE) des JPL, das an Bord wissenschaftlicher Satelliten automatisch nach vorgegebenen Kriterien Messprozesse der wissenschaftlichen Instrumente plant sowie die Auswahl der wertvollsten Daten für die Übertragung zur Erde übernimmt.

Wiedersehen 2007 in Moskau

Das 7. internationale Symposium zur Kostenreduzierung wird 2007 in Moskau am Institut für Weltraumforschung IKI stattfinden. Paolo Maldari gab zum Abschluss der Hoffnung Ausdruck, dass dann Teilnehmer aus Indien und China begrüßt werden können, um die weltweiten Erfahrungen beim Betrieb von Satelliten, Raumsonden und Raumstationen weiter bündeln zu können.

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