Missionsanalyse für den Nanosatelliten CLAVIS

Abstract

In der vorliegenden Diplomarbeit werden für den am Institut für Raumfahrtsysteme des DLR entwickelten Nanosatelliten CLAVIS die durch die Solarpaneele erzeugte elektrische Energie, mögliche Bodenkontaktzeiten und die Dauer der Sonnenlichtperioden für verschiedene Orbits mit Hilfe von STK analysiert. Dabei wird zum einen die AISat-Mission betrachtet, für die CLAVIS an eine Nutzlast angepasst wird, die AIS-Signale von Schiffen empfangen soll. Diese Mission soll im August 2011 in einen SSO in 650 km Höhe bei einer LTDN von 10 h gebracht werden und ungefähr ein Jahr dauern. Darüber hinaus werden für zukünftige Missionen verschiedene CLAVIS-Konfigurationen auf beliebigen erdnahen Orbits bis zu einer Bahnhöhe von 650 km betrachtet. Zu diesem Zweck wird zunächst der theoretische Hintergrund zu Einflüssen auf Eklipsenzeiten auf erdnahen Orbits erarbeitet und anschließend die hier relevanten Subsysteme (Energieversorgungssystem, Kommunikationssystem, Lageregelungssystem) von CLAVIS bzw. AISat erläutert. Zur Simulation der verschiedenen Missionen werden MATLAB-Skripte verwendet, mit denen STK-Szenarios erstellt und die gewünschten Daten gewonnen und analysiert werden. Für die AISat-Mission werden neben der von den Solarpaneelen erzeugten Energie und der Bodenkontaktzeiten über die gesamte Missionszeit auch das Träger-zu- Rauschverhältnis der Funkverbindung sowie die Parameter der Batterie betrachtet. Für die zukünftigen CLAVIS-Missionen werden Anhaltswerte der Dauer der Sonnenlichtperioden, der erzeugten Energie als Funktion der Dauer einer Sonnenlichtperiode sowie der erzeugten Energie als Funktion der Bahnparameter für verschiedene Konfigurationen und Orbits gegeben. Dabei werden Verläufe aufgezeigt und entsprechende Näherungsgleichungen angegeben, mit denen eine Vorauslegung der entsprechenden Systeme vorgenommen werden kann. Darüber hinaus wird analysiert, welche Konfigurationen auf welchen Orbits in Hinblick auf die zur Verfügung stehende Energie zu bevorzugen sind.