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QUBE Mission Update: First Year of Operation of a 3U CubeSat for Quantum-Key-Distribution Experiments

Petermann, Timon und Elsner, Lisa und Schmidt, Benedikt und Pearson, Dominik und Datar, Tanuja und Mammadov, Ilham und Jäger, Eric und Chopra, Chaitnya und Unnikrashnan, Malavika und Dauner, Johannes und Nagalingesh, Vijay und Krauss, Markus und Haber, Roland und Schilling, Klaus und Rödiger, Benjamin und Rüddenklau, René und Bayraktar, Ömer und Pudelko, Jonas und Vermeer, Joost und Marquardt, Christoph und Auer, Michael und Baliuka, Adomas und Birkhold, Moritz und Freiwang, Peter und Steinberger, Michael und Rosenfeld, Wenjamin und Weinfurter, Harald und Knips, Lukas (2025) QUBE Mission Update: First Year of Operation of a 3U CubeSat for Quantum-Key-Distribution Experiments. In: 76th International Astronautical Congress, IAC 2025. 76th International Astronautical Congress (IAC), 2025-09-29 - 2025-10-03, Sydney, Australien.

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4MB

Offizielle URL: https://iafastro.directory/iac/proceedings/IAC-25/

Kurzfassung

The QUBE-I mission is a technology demonstrator mission for novel building-blocks for satellite-based quantum-key-distribution (QKD). The mission aims to test three highly integrated optical payloads, a quantum random number generator and two transmitters for polarization and phase encoded quantum states as a precursor mission for the first QKD demonstration from a CubeSat. The QKD sources are connected to, and are integrated together with the Optical Space Infrared Downlink System (OSIRIS) for QUBE (O4Q) in a 3U CubeSat. One of the mission's primary challenges is achieving a precise and accurate pointing of the O4Q with an error margin of less than 1° towards the optical ground station (OGS). Additionally, conducting the experiments presents several operational challenges, such as the need for precise orbital elements to track the satellite with the OGS and safety mechanisms to protect the Sunsensitive components of the satellite. Following the launch on 16th August 2024, we conducted an extensive commissioning phase to test all subsystems, payload components, and operational procedures. This paper provides insights and results from QUBE-I's first year in orbit, highlighting lessons learned from integrating multiple complex payload systems into a 3U CubeSat platform. Starting with communication establishment, we present the ground segment and operations capabilities. We elaborate on the use of flexible on-board scripting and recording mechanisms provided by the satellite's flight software stack for operations. An effective review, test, and deployment procedure was established to balance risk mitigation and agile operation planning. We present results of extensive tests conducted for the crucial attitude determination and control system (ADCS), including actuator verification, spin-up and detumbling tests, in-orbit sensor calibration procedures, and the evaluation of various pointing modes, such as the fine pointing mode required for the experiments. Besides that, we give insights in the actual performance of the experimental and scientific payloads after their commissioning. A big milestone marked the successful test of the operational procedure for the QKD experiments. This includes the timely provision of precise orbit determination to the OGS for tracking. In addition, the ADCS needs to prepare the fine pointing mode accordingly and the experiment needs to be started autonomously before actual contact. Flexibly selectable on-board recordings can be downloaded after the experiments for evaluation. As expected, the technical complexity of the QUBE-I mission resulted in a challenging first year of operation. With this paper, we aim to share our experiences and contribute our insights to the space community.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217519/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:QUBE Mission Update: First Year of Operation of a 3U CubeSat for Quantum-Key-Distribution Experiments
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Petermann, Timontimon.petermann (at) telematik-zentrum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Elsner, Lisalisa.elsner (at) telematik-zentrum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, BenediktZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pearson, DominikZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datar, TanujaZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mammadov, IlhamZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jäger, EricZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chopra, ChaitnyaZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Unnikrashnan, MalavikaZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dauner, JohannesZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nagalingesh, VijayZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krauss, MarkusZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haber, RolandZentrum für Telematik, Magdalene-Schoch-Str. 5, Wuerzburg, 97074, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schilling, Klausklaus.schilling (at) telematik-zentrum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rödiger, BenjaminBenjamin.Roediger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-9856-1806194102298
Rüddenklau, RenéRene.Rueddenklau (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2876-8591194102300
Bayraktar, Ömeroemer.bayraktar (at) mpl.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pudelko, Jonasjonas.pudelko (at) mpl.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vermeer, JoostNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marquardt, Christophchristoph.marquardt (at) mpl.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Auer, Michaelauer.mic (at) physik.uni-muenchen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baliuka, AdomasA.Baliuka (at) physik.uni-muenchen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Birkhold, MoritzNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Freiwang, PeterLudwig-Maximilians-Universität MuenchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steinberger, MichaelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rosenfeld, WenjaminLudwig-Maximilians-Universität MuenchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weinfurter, HaraldLudwig-Maximilians-Universität MuenchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knips, Lukaslukas.knips (at) mpq.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Oktober 2025
Erschienen in:76th International Astronautical Congress, IAC 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Quantum Key Distribution, CuebSat, New Space, QKD
Veranstaltungstitel:76th International Astronautical Congress (IAC)
Veranstaltungsort:Sydney, Australien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 September 2025
Veranstaltungsende:3 Oktober 2025
Veranstalter :International Astronautical Federation (IAF)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - OSIRIS Future
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation
Institut für Kommunikation und Navigation > Optische Satellitenlinks
Hinterlegt von: Rödiger, Benjamin
Hinterlegt am:13 Okt 2025 14:50
Letzte Änderung:13 Okt 2025 14:50

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