Electronic Ground Support Equipment
Das wissenschaftliche Experiment Gradflex war Teil der Space Mission Foton-M3. Vor dem Flug ins All wurde das Experiment auf Herz und Nieren geprüft, insbesondere auch die elektronische Schnittstelle zum Satelliten. SCS entwickelte die entsprechende Testumgebung dazu, das Electrical Ground Support Equipment (EGSE).
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Ausgangslage
Wissenschaftliche Experimente werden vor dem Flug ins All eingehend geprüft. Dazu wird ein sogenanntes Electrical Ground Support Equipment eingesetzt, das die Schnittstelle zum Satelliten simuliert. Dieses soll verschiedenen Zustände oder auch Fehler simulieren können und die Daten während der Simulation aufzeichnen.
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Lösung SCS
SCS entwickelte ein Testsystem für das Experiment Gradflex der Mission Foton-M3. Sowohl die Stromversorgung als auch die digitalen Schnittstellen für die Daten wurden simuliert. Über letztere wurden unter anderem die Daten der Kameras übertragen, die das Experiment überwachten.
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Mehrwert
Mit dem Testsystem konnte der Raumfahrtzulieferer HTS das Experiment Gradflex eingehend Prüfen und alle möglichen Fehler bezüglich Schnittstelle zum Satelliten simulieren. Das Testsystem wurde von der ESA gemäss deren Technology Tree abgenommen. HTS konnte die Prüfprogramme über das User Interface selber definieren.
Projekteinblicke
Die Foton-Missionen basieren auf dem Vostok Satelliten-Design aus den 1960er-Jahren, womit Juri Gagarin als erster Mensch ins Weltall geflogen ist. Ab 1985 wurde die Kapsel mit einem Durchmesser von 2.3 m für wissenschaftliche Experimente eingesetzt. Auf der Mission Foton-M3 (2007) flog unter anderem das Experiment Gradflex mit: Dabei wurde untersucht, wie sich Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit bei verschiedenen Temperaturgradienten mischen. Entwickelt wurde das Experiment vom Raumfahrzulieferer HTS (heute Ruag Space Germany).
Gradflex Experiment
Diffusionsprozesse in einer Flüssigkeit lassen sich zurückführen auf winzige Temperatur- und Konzentrationsschwankungen, die aber kaum beobachtbar sind. In den 1990er Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass diese winzigen Schwankungen in Flüssigkeiten und Gasen grösser werden und sogar mit blossem Auge wahrgenommen werden können, sobald ein starkes Temperaturgefälle hergestellt wird. Ein wesentlich deutlicheres Bild dieser Schwankungen wurde in schwereloser Umgebung erwartet. Deshalb wurde das Gradflex Experiment entwickelt, das für GRAdient Driven FLuctuation Experiment steht. Zwischen zwei Platten wurde eine dünne Schicht mit einer Flüssigkeit erhitzt und mit einer Kamera beobachtet.
Elektrische Umgebung der Foton-Kapsel simulieren
Um das korrekte Verhalten des Experiments an Bord des Satelliten zu validieren, entwickelte SCS für HTS eine Testumgebung für die Elektronik. Einerseits wurde das Gradflex Experiment mit einer variablen Stromversorgung gespiesen und mit Telekommandos gesteuert, andererseits wurden Telemetrie-Daten empfangen sowie Bilddaten der Kameras, welche über eine RS422-Schnittstelle an die Telescience Support Unit (TSU) des Satelliten geschickt werden.
EGSE Software
Da für das Testsystem diverse Hardware direkt angesprochen werden musste, wurde C/C++ als Programmiersprache eingesetzt. Eine Linux-Installation diente als Betriebssystem. Für das grafische Interface wurde QT gewählt, weil die Displayumlenkung mit X11 einfach und performant ist. HTS konnte die Test Scripts über einen SOAP Client in das Testsystem einspielen. Um die Verarbeitung der Bilddaten zu verifizieren, implementierte SCS dieselben Bildverarbeitungsalgorithmen wie die TSU des Satelliten. Die Resultate der TSU und des EGSE konnten damit verglichen werden.
ESA Technology Tree
Das von SCS entwickelte Testsystem wurde nach dem Technology Tree der ESA entwickelt und abgenommen. Dies betraf insbesondere die beiden Bereiche 8C-3 für Colaborative Engineering und 9C-2 für Preparation and Procedure Tools for Ground Data Systems.
Erfolgreiche Mission
Die Mission Foton-M3 startete im September 2007 erfolgreich von Baikonur Weltraumbahnhof in Kasachstan. Kaum war der Satellit in der Umlaufbahn, konnten die ersten Ergebnisse aus dem Gradflex Experiment interpretiert werden. Sie bestätigten die theoretischen Vorhersagen und zeigten einen deutlichen Anstieg der Temperatur- und Konzentrationsschwankungen in der Flüssigkeit.
Veröffentlichte Papers