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Mission

Der erste österreichische Satellit TUGSAT-1 / BRITE-Austria

Am 26. Oktober 2005 beschloss die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) im Rahmen des Österreichischen Weltraumprogrammes ASAP - einem Impulsprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) - ein vom Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation (IKS) der TU Graz vorgeschlagenes Projekt für den Bau des ersten österreichischen Satelliten zu fördern. Damit wurde nun Wirklichkeit, was bereits für die AUSTROMIR-Mission (Flug des ersten Österreichers zur Raumstation MIR) 1991 geplant war, nämlich die Entwicklung eines wissenschaftlichen Kleinsatelliten. Diese Mission konnte damals leider aus Zeitgründen, ein später geplanter österreichisch-schweizerischer Forschungssatellit aus Kostengründen nicht realisiert werden.

TUGSAT-1 stellt eine herausfordernde wissenschaftliche und technologische Mission dar. Der Missionsname BRITE (steht für BRIght Target Explorer). Für diesen ersten österreichischen Satelliten wurde als wissenschaftliche Nutzlast eine Sternenkamera gewählt, die die Helligkeitsschwankungen massiver, sehr heller Sterne mit Hilfe differentieller Photometrie mit bisher nicht erreichter Genauigkeit messen wird. Diese massiven Sterne sind ihrer Natur nach instabil (Partikel können beispielsweise die Gravitationskräfte überwinden). Astronomen erwarten über die Messung der Helligkeitsfluktuationen neue Aufschlüsse über die Rotation und die inneren Vorgänge dieser Sterne in der Helligkeitsklasse +3.5, von denen es ca. 340 gibt (der Großteil davon in der Milchstraße). Dies soll der Verbesserung der Theorien über die Entstehung des Universums dienen.

TUGSAT-1/ BRITE-Austria

 Daten und Fakten:

•    Abmessungen: 20 x 20 x 20 cm

•    Masse: 7 kg

•    DatenĂĽbertragungsrate: 32 kbit/s (min.), 256 kbit/s (max.)

•    Datenvolumen / Tag: 180 – 2.000 KByte pro Tag

•    Frequenzbereiche: S-Band (downlink), UHF (uplink), VHF (Beacon)

•    Sendeleistung: 0,5 Watt


Die Sternenkamera, die mit einer Präzisionsoptik mit sehr geringer Lichtdämpfung ausgestattet ist, verwendet einen Kodak CCD-Sensor mit 4072 x 2720 Pixel. Da der Satellit seine Energie aus wenigen Solarzellen bezieht, muss der Stromverbrauch so gering wie möglich gehalten werden. Im Mittel stehen nur 6 Watt zur Verfügung, was ein effizientes Leistungsmanagement erfordert. Dies ist unter anderem Aufgabe des On-Board-Computers.

Während der Kameraaufnahme wird die Datenübertragung, die ebenfalls leistungsintensiv ist, abgeschaltet. Die zwischengespeicherten Daten sendet die Bordtelemetrie bei abgeschalteter Kamera zur Erde. Effiziente digitale Modulations- und Fehlersicherungsverfahren garantieren eine sichere Datenübertragung. Dieser Bereich ist eine Spezialität des IKS. Die langjährige Erfahrung, die vor allem in Projekten mit der europäischen Weltraumorganisation ESA gewonnen werden konnte, kommt dabei zum Tragen.

Eine wesentliche Innovation des Projektes liegt in einer präzisen, miniaturisierten Dreiachsenstabilisierung. Drei von direkt kommutierten Kleinstelektromotoren angetriebene Schwungmassen stabilisieren den Nanosatelliten im Raum. Sonnensensoren, die an allen Flächen angebracht sind, sowie ein Magnetometer dienen der Lagebestimmung. Die Feinausrichtung erfolgt mit dem so genannten „Star Tracker“, einer eigenen Kamera zur Aufnahme einer bekannten Sternenkonstellation. Drei Elektromagnetspulen ermöglichen einmal pro Umlauf des Satelliten, die von den Schwungrädern aufgenommenen Störmomente zu kompensieren. Ein eigener Prozessor ist für das Lageregelungssystem zuständig.

Der Nanosatellit wird die jüngsten Verbesserungen im Bereich der Lageregelung mit Genauigkeiten bis zu einer Bogenminute nützen. Dies öffnet der Astronomie und zukünftigen Weltraummissionen mit hohen Genauigkeitsanforderungen eine neue Dimension unter Nutzung von miniaturisierten, kostengünstigen Satelliten. Denkbar wäre für einen zukünftigen TUGSAT-x die Aufgabe eines sehr billigen Erderkundungssatelliten.

TUGSAT-1 wird sich auf einer erdnahen sonnensynchronen polaren Bahn in einer Höhe von etwa 800 km bewegen, womit sich eine Umlaufzeit von ca. 100 Minuten ergibt. Starttermin ist der 25.Februar 2013 auf der indischen Trägerrakete PSLV-C20 (Polar Satellite Launch Vehicle). Start und Betrieb des Satelliten wird in einer zweiten Phase seitens der FFG gefördert.

Von einer Bodenstation ist der Satellit ungefähr 10 Minuten empfangbar. In dieser Zeit können die zwischengespeicherten Messdaten und Aufnahmen der Sternenkamera empfangen werden. Das Kontrollzentrum für den Satelliten befindet sich am Campus der TU Graz in der Inffeldgasse. Weitere Bodenstationen werden von der TU Wien und in Toronto bereitgestellt. Die Antenne einer Bodenstation für niedrig umlaufende Satelliten muss dem Satelliten nachgeführt werden. Dazu wird die Satellitenbahn vorausberechnet und damit die Antennenbewegung gesteuert. Dies setzt korrekte Bahndaten voraus, die von einem speziellen Servicedienst via Internet bezogen werden.


Die TU Graz, die Universität Wien und die TU Wien kooperieren in diesem Projekt, um diesen Satelliten zu entwerfen, zu bauen und zu testen. Das Ergebnis der ersten Phase des Projekts ist ein qualifikationsgetester, startbereiter Nanosatellit. Am IKS stehen dafür eine Vakuumkammer, ein Schütteltisch sowie ein „Clean Room“ für die Entwicklung weltraumtauglicher Elektronik und spezielle Testgeräte zur Verfügung. Das Projekt wird zu einem beträchtlichen Teil durch Arbeiten von Studierenden der drei kooperierenden österreichischen Universitäten im Rahmen von Diplom- und Projektarbeiten getragen. TUGSAT-1 ist somit ein interuniversitäres, aber auch ein interfakultäres Projekt.

 

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