Entwurf des Kommunikationssystems für den Gossamer-1 Satelliten

Kurzfassung

Gossamer ist ein Projekt unter der Leitung des Institutes für Raumfahrtsysteme am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), das von der Europäischen Raumfahrtbehörde (ESA) finanziert wird. Im Rahmen des Projektes werden drei Raumfahrzeuge zur technologischen Demonstration eines Sonnensegelantriebs entworfen. Die drei Missionen werden stufenweise komplexer. Mit Abschluss der dritten Mission soll die Funktionstüchtigkeit des Sonnensegelantriebs nachgewiesen sein. Dazu soll das Raumfahrzeug aus einem mittleren Erdorbit (MEO) mit Hilfe eines Sonnensegels den Bereich der Erdanziehungskraft verlassen und den Mond passieren. Gossamer-1 soll zunächst die sichere Entfaltung eines 25m² großen Sonnensegels unter Weltraumbedingungen demonstrieren. Der Satellit umkreist die Erde während der zehn Tage dauernden Mission in einer Höhe von etwa 330 km. Die Mission teilt sich in die drei Betriebsphasen Inbetriebnahme, Segelentfaltung und Monitoring & Downlink auf. Die Segelentfaltung wird von mehreren Kameras dokumentiert. Dabei entsteht eine Datenmenge von etwa 300 MB, welche innerhalb weniger Tage zum Bodensegment übertragen werden soll. Der Satellit wird über alle Missionsphasen hinweg vom Deutschen Raumflugkontrollzentrum (GSOC) betrieben werden. Der Gossamer-1 Satellitenbus basiert auf dem am Institut für Raumfahrtsysteme des DLR entwickelten Nanosatellitenbus CLAVIS. Dieser Bus wurde konzipiert, um Nutzlasten zur Technologieerprobung möglichst kosteneffektiv und nach kurzer Entwicklungszeit im Orbit betreiben zu können. Bei CLAVIS kommen gängige Cubesat Komponenten zum Einsatz. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird das Kommunikationssystem für Gossamer-1 entworfen. Dazu werden einleitend grundlegende Begriffe der Satellitenkommunikation erarbeitet. Anschließend wird die Mission und das technische System Gossamer-1 vorgestellt und erste Anforderungen und Randbedingungen an dessen Kommunikationssystem abgeleitet. Weitere Anforderungen werden in der nachfolgenden Systemauslegung aufgestellt. Während der Konzeptentwicklung werden mögliche Anordnung von Antennen auf dem Raumfahrzeug untersucht und die Komponenten des Kommunikationssystems spezifiziert. Abschließend wird das entwickelte Konzept bewertet und Ansatzpunkte für die weitere Arbeit genannt.