Entwuf der grundlegenden E/E-Architektur für einen Raumfahrt-Landedemonstrator mit grünen Raketentreibstoffen

Abstract

Zur Forschung an grünen Raketentreibstoffen ist im Rahmen des jungen Leuchtturmprojekts der Abteilung für Satelliten- und Orbitalantriebe des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) die Entwicklung eines Landedemonstrators vorgesehen. Neben neuartigen Treibstoffen sollen mithilfe dieses Prüfstands ebenfalls Erprobungen mit neuen Triebwerken und Injektoren durchgeführt werden können, um den Technologiereifegrad dieser Komponenten kontinuierlich zu erhöhen. Das Projekt zielt auf einen Freiflugdemonstrator mit sechs Freiheitsgraden ab, welcher am DLR-Standort Lampoldshausen automatisiert Starts, Landungen und Lageregelungen vollführen können soll. Für diesen Landedemonstrator wird die Basis der Elektrik-/Elektronik-Architektur (E/E) entwickelt, sodass eine mobile Bordelektronik realisiert werden kann, die die stationäre ersetzt. Hierzu erfolgt die Wahl des zu verwendenden eingebetteten Systems und des Kommunikationskonzepts. Die Onboard-Elektronik wird für den nächsten Projektstand mit drei rotatorischen Freiheitsgraden in die Praxis umgesetzt. Dieser Projektstand legt seinen Fokus auf die Lageregelung mit dem erstmaligen Einsatz eines eingebetteten Systems an Bord des Landedemonstrators. Die praktische Umsetzung umfasst die C-Programmierung der drei STM32-L476RGMikrocontroller und deren Integration in ein Bussystem über das Controller Area Network (CAN). Dadurch wird eine Multi-Master-Bustopologie mit drei Netzwerkknoten aufgebaut, denen verschiedene Funktionalitäten allokiert sind. Dazu gehören die Sensordatenerfassung einer inertialen Messeinheit, die Ansteuerung der aktorseitigen Relais sowie die Datensicherung in ein externes Speichermodul. Das V-Modell dient hierbei dem roten Faden und behandelt in dessen letzten Phase die Validierung des entwickelten Systems. Diese erfolgt hier in Form von Tests auf Komponenten-, System- und Anwendungsebene mithilfe von Protokollanalysen und realen Prüfstandsversuchen. Die entwickelte E/E-Architektur kann nach dem Testing allen zu Beginn gestellten Anforderungen weitestgehend genügen. Diese setzen sich unter anderem aus der Modularität, der robusten Kommunikation, Portabilität und Effizienz zusammen. Die gewählte Architektur der Onboard-Elektronik bildet damit die Grundlage für alle künftigen Projektstände.