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Veröffentlicht von:Lieselotte Heinrich Geändert vor über 8 Jahren
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Rev. Stuttgart Apr. 2008 1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Unbemannter Service im All insbes. GEO G. Krülle ehem. DLR Stuttgart / Lampoldshausen PMO TV.Sat-TDF1 München Univ. Stuttgart -IRS
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Rev. Stuttgart Apr. 2008 2 Motivation TV-Sat - SOS (Satellite for Orbital Services) Anwendungen – spez. GEO Projekte: ESS - OSS - Roger/ OLEV - Promess.. Robotik – Tecsas Anforderungen an Service Satelliten Situation im erdnahen Raum Business Case Servicesatelliten …
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 3 Motivation TV-Sat - 1. deutscher Direktfernsehsatellit - versagt kurz nach dem Start Nov. 1987 - Solargeneratorflügel (N) klemmt - 2 Haken nicht gelöst - vollkommener Verlust der Mission, da Antenne (Rx) nicht in Endlage zu bringen Satellit - konnte trotz Schaden (Unsymmetrie) in Zielorbit (GEO) gebracht werden - alle Bus-Systeme funktionieren Behebungsmöglichkeit ausschließlich durch unbemannten Rettungssatelliten gegeben Marktlücke ? Start-, Transfer- und Orbitalkonfiguration Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Rev. Stuttgart Apr. 2008 4 TV-Sat vor Start Solargenerator in Startposition einer von 6 Befestigungshaken
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Rev. Stuttgart Apr. 2008 5 Projekt SOS – Satellite for Orbital Services (G. Krülle, J. Puls, G. Hirzinger, DLR, 1988) Experimentalsatellit zur Erprobung von Serviceleistungen im Orbit, spez. GEO Billig-Erstellung durch Übernahme vorhandener Konzepte / Hardware Minimalaufwand bezüglich Standards / Verifikation / Dokumentation erhöhtes, aber akzeptables Risiko ? Billigstart durch Adapterkonzept 2-/3-fach-Starts mit Ariane (4) Dreiteilung: Antriebsteil int. Serviceteil Robotikteil
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 6 SOS System / Aktionen Subsysteme - Struktur: Adapterkonfiguration - Energie: Solarzellen auf Oberfläche (++) - Lageregelung und Antrieb: weitgehend ‚Symphoniekonzept‘ - TM/TC: S-band mit relativ hoher Bitrate - Tracking, ranging: über TM-Frequenzen? - Beobacht.: mehrere TV-Kamera, Sensoren; Kommunikation ? - Robotik: 1 - 2 Arme mit mehreren Freiheits- graden; spezielle (End-)Effektoren Homing / Docking / Manipulation - Letzte Annäherung sichtkontrolliert und vom Boden aus gesteuert - SOS greift Zielsatellit an zentraler Stelle - Manipulator mit Werkzeug schneidet blockierte Haken Masse BoL 500 – 600 kg Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 7 Potenzielles Anwendungszenario von Servicesatelliten Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 8 Anwendung von Servicesatelliten Inspektion von Zielsatelliten (Zustands-/Schadenserkennung) oder anderer Flugobjekte-----------------mittel Wartung und/oder Reparatur von Satelliten, -----------------x ** Ersatz von Komponenten (‚ORUs‘) *-----------------gering * Betankung von Satelliten *-----------------gering * Bahnänderung Re-orbiting (aus GEO bzw. spez. Bahnen hoher Population Graveyard ( 300 km über GEO) ----------------hoch De-orbiting (aus niederen Bahnen < 1000 km) ---------------- mittel Änderung von Bahnparametern (a, ,) , i, , ----------------mittel * erfordert entsprechende Einrichtung des Zielsatelliten ** hängt vom Einzelfall ab (TV-Sat) Anwendung vor allem im erdnahen Raum in : - vorzugsweise GEO----------------- hoch - LEO, MEO verschiedener Inklination-----------------mittel - polaren (sonnensynchronen) Bahnen ----------------- mittel zu Anwendungs- Wahrscheinlichkeit (intuitiv) Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 9 Folgeprojekte ESS Experimenteller Service Satellit DARA … 1994 OSS Operationeller Servicing Satellit OHB / DLR 2000 ROGER Robotik Geostationary Orbit Restorer ConeXpress / OHB / Dutch Space / Qinetiq et al. 2002 OLEV Promess Proj. Minimierter Experim. Service-Satellit / SO3S u. a. Standardisiertes Orb. Serv. Sat. System - Konzept ‚Stuttgart‘ 2000 ff Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 10 ESS ‚Automatisierungstechnologien für die Raumfahrt, Der Experimentelle Service- Satellit ESS‘, G. Gölz, DARA Bonn, 1994 Zielsatellit TV-Sat (GEO, Bahndaten verfügbar) - Erprobung des Andockens unter remote control - Angriffsstelle 400N-Triebwerk - kommt mit einem Roboterarm aus (6 Freiheitsgr.) Masse 1300 kg Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern Rev. Stuttgart Apr. 2008 11 Anflug- Szenario OSS (OHB, DLR – 2000) - Verifikation der Interaktion mit einem nicht-kooperativen Satelliten: ROSAT (Röntgen), Höhe 580 km, i = 53°, inaktiv, Zerodur! controlled re-entry Masse BoL 1000 kg El. Leistung 400 W Trägerrak.: Kosmos
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 12 Rev. Stuttgart Apr. 2008 OSS – Service-Satelliten: Missions-Aufgaben im einzelnen Phasen des orbitalen Fluges Orbitales Rendezvous ServSat- Flugkörperdynamik Zielsatellitenerkennung Zielanflug und – falls notwendig - Umfliegen Einfangen des Zielsatelliten Bestimmung der Zieldynamik Ausrichten des ServSat zum Zielsatelliten Berührung und Verankerung Stabilisierung der Kombination ServSat - Zielsatellit Intervention am Zielsatelliten Visuelle Inspektion und Diagnose des Zustandes des Z.S. Gemeinsames Ausrichten – falls missionserforderlich Manipulation / Re- oder De-Orbiting
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 13 OSS Rendezvous & Docking schwenkt dann auf SG-Fläche, um gute Ausgangsposition für de-orbiting-Manöver zu haben Rev. Stuttgart Apr. 2008 OSS greift am Antennen- boom des ROSAT an DLR FF-RM Video_Rosat \ossavi3a.avi …\ossavi4c.avi
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 14 OSS GNC - Übersicht 2 unabhängige (high level) Regelkreise Lageregelung Positionsregelung - Aktionen werden am Boden simuliert - Führungsgrößen werden dem Sat. vorgegeben - Regelkreise führen die Vorgaben selbständig aus TM/TC Bahnverfolgung-Tracking (10 -1 km) GPS (kontinuierlich /absolut. ca. 100 m) FGAN (Radar - absolut 20 m, relativ 100-10 m) Mittelbereich-Sensor (1 km – 10 m) ? – Video? Relativer Positionssensor (100 m – 1 m) A&R Video-System (< 1 m) GNC Blockdiagramm DLR FF-RM Sensoren für Posi- tions- Be- stimmung Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 15 Rev. Stuttgart Apr. 2008 Masse BoL 1450 kg el. Leistung 4300 W ConeXpress (Adapter-Prinzip) Roger Problem: Einfangen der Zielsatelliten und spätere Wieder-Freigabe Missionstrategie Einfangen eines Satelliten Gemeinsame Beförderung auf höhere Bahn Nach Ablösung Rückkehr des Service-Satelliten Einfangen des nächsten Sat. nach Positionsänderung CX-OLEV Konzepte für Satellite reorbiting/ orbital recovery (GEO) OHB, DutchSpace et al. – 2002 ff.
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 16 Rev. Stuttgart Apr. 2008 Kayser-Threde / OHB- Projekt OLEV (orbital life extension system)
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 17 Stuttgarter Projektvorschläge Promess : Angebot an DLR einer Billig-Servicesatelliten-Demonstration auf der Basis der AMSAT/Symphonie-Technologie, Start: Huckepack Masse BoL < 600 kg, el. Leistung 500 W Steinbeis Transferzentrum Raumfahrt (TZR), 2000 SO3S : Konzept eines standardisierten S-Satellitensystems (600-800 kg Start) bestehend aus einem einheitlichen Zentralkörper, standardisierten Schnittstellen und mehreren auf bestimmte Anwendungen spezialisierten Nutzlasten Satellit kann bei Vorliegen eines Versagensfalles kurzfristig integriert werden Start innerhalb von wenigen Monaten möglich. G. K., 2002 Planung eines Miniatur-Inspektionssatelliten (IRS) zur Verifikation der Grundmodalitäten der Missionsführung auf Lehr- und Lernbasis + Bodenstation, 2007 Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 18 Robotik und Mechatronik (DLR-Institut FF-RM, O‘pfaffenhofen, et al.) Verifikationsprojekte Komponenten Demonstrationen Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 19 Projekte zur Robotik-Verifikation im Raum (DLR FF-RM) ROTEX - Robotikexperiment in Spacelab 1993 (Shuttle D2-Mission) GETEX – Japan.-D Verifikationsmission 1999 auf ETS-VII (jap. Technologie-(Komm-)Satellit) Verifikationsziele : - Fernsteuerung unter Verzögerungsbedingungen (> 1 Sek.) – prädiktive Simulation - dynamischer Bewegungs-Simulator - ‚Weltmodell‘ (Vergleich synthetischer Daten (aus CAD/CAM- Systemen) mit realen (Video) Daten ROTEX beschickt ORU fängt freiflieg. Würfel TECSAS - Technol.-Satellitenpaar zur Verifikation von Service-Systemen im Hinblick auf überlastete Kreisbahnen ROKVISS – Test intelligenter Roboter-Gelenkeinheiten auf ISS 2005 ( Robot Komponenten Verifikation …) Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 20 GETEX ETS VII Chaser + Target ETS VII Robotik- teil Arbeit der Bodenstation mit virtueller Realität Rev. Stuttgart Apr. 2008 ROKVISS (DLR 2005) Telepräsenz-Experiment auf ISS Svesda (Service-Modul)
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 21 Gelenk- mechatronik TECSAS Technologieprogramm 2 Satelliten ähnlicher Bauart als Chaser and (stummes) Target erproben Kopplung und De-Orbiting Chaser 100 2.5 kg 80 Nm 85 W Start: Volna (SS-N-18) Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 22 TECSAS Rev. Stuttgart Apr. 2008 DLR FF-RM Video_TECSAS\ Compound-operations.avi
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 23 Rev. Stuttgart Apr. 2008 CanadArm2 (Reichweite 17 m) In Anwendung befindliche Roboter-Arme (ISS) ERA (Reichweite 10 m)
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 24 Service-Satelliten.., Folgerungen Anforderungen / Rahmenspezifikation Situation im erdnahenRaum Business Case – Revenue ? Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 25 Anforderungen an Service-Satelliten Subsysteme Struktur, Thermal, Kabel /Housekeeping (Raum) Energie (Solargenerator, Aufbereitung, Batterie) Antriebe (Versorgung, Aktuatoren) TM/TC + OBDH (Data Handling) OCS (Bahnsteuerung und Zielannäherung über GNC) ACS – grob: Sonnensensoren, Magnetometer; Erdsensoren? fein: Sternsensoren (< 0.02 grd), Gyros; kein Drallrad! GNC (GPS, Software, Video) A&R – Autom.+Robotik (Video, Steuerung, Sender [10 W Hf] ) (Boden)TM/TC, Radar, Video – A&R-Station Systemanpassung an Mission: Rendezvous / Docking / Manipulation im Prinzip erprobt, im einzelnen zu verifizieren – Kollisionsgefahr (S.G.!) Low Cost -Erstellung /-Verifikation (STM -RM* -PFM)? / Billigstart Zuverlässigkeit moderat Verfügbarkeit hoch ? v – Reserve t.b.d. – Hauptantrieb? (elektr. Antrieb?) *Referenzmodell Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 26 Wir entdecken den Schwerpunkt: ‚Müllbeseitigung‘ ‚Reparieren‘ / Entfernen Zurück zur Anwendung: Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 27 Ausfall-/Fehlerszenario – Situation im erdnahen Raum Einzelschicksale: TV-Sat, Artemis, Rosat; Hubble; Olympus, Hipparcos, Horizont u. a. Space debris - Raummüll ca. 4000 Starts seit Beginn der Raumfahrt 25000 Objekte > 10 cm 7500 noch im Raum vorhanden, davon 6 % operationelle Satelliten 50 % nicht-operat. Sat., Oberstufen und missionsbezog. Objekte 44 % Trümmer v. 130 ‚Zerlegungen‘ 70 – 120 T Objekte > 1 cm 1996 extr. Nahe GEO Umgebung ( v = 0.9 -1.1 v GEO, i < 20 o ) 940 Objekte, darunter 730 Nutzlasten, davon 45 % operationell (aktive Bahnhaltung), Anzahl Objekte zunehmend nur 20 % des Restes haben ‚Graveyard‘-Richtlinien (ITU) befolgt Rev. Stuttgart Apr. 2008 Status 2003
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 28 A Gesamtz. d. Objekte, n. katalogisiert B katalogisiert C Zerlegungsresultate D Satelliten E Raketenstufen/-teile F missionbezogene Objekte ‚Debris‘-Szenario, Forts Geschwindigkeitsbedarf v für Beseitigung aus verschiedenen Orbits: Aus GEO in Friedhofsbahn: v (netto) 11 m/s Aus LEO (+ polar) ( < 700 km) in Bahn mit Lebensdauer < 1 Jahr ( unkontr. verglühen): v = 100 – 200 m/s Zur Folgeseite: Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 29 Business Case - Revenue ( Kosten / Nutzen) ? GEO säubern durch Re-Orbiting ( graveyard) von > Kommunikations-Satelliten am Lebensende (Roger..) verlängern der operationellen Lebensdauer (ca. ½ Jahr) durch Möglichkeit, Treibstoff restlos (ohne Friedhofsreserve) zu verbrauchen 10 Mill. $ / € Nutzungsgewinn pro Satellit - > nicht-operationellen Objekten Mehrere Interessenten/Verursacher finanzieren Anteil GEO beobachten (evt. aus GTO) - Trümmerszenario LEO säubern ? durch De-Orbiting – hohe Beweglichkeit erforderlich - v polaren Orbit säubern ? “ “ “ Für die letzten 4 Aufgabenbereiche ist Unterstützung durch europ./nationale Organe unter Beteiligung der Verursacher auf der Basis von t.b.d. Regelungen nötig Rev. Stuttgart Apr. 2008
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1 Servicesatelliten für Wartung, Reparatur und Bahnänderung von Raumflugkörpern 30 Marktlücke ? Europäisches (nationales) Interesse Chance durch Kompetenz Rev. Stuttgart Apr. 2008
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