Petermann, Timon and Elsner, Lisa and Schmidt, Benedikt and Pearson, Dominik and Datar, Tanuja and Mammadov, Ilham and Jäger, Eric and Chopra, Chaitnya and Unnikrashnan, Malavika and Dauner, Johannes and Nagalingesh, Vijay and Krauss, Markus and Haber, Roland and Schilling, Klaus and Rödiger, Benjamin and Rüddenklau, René and Bayraktar, Ömer and Pudelko, Jonas and Vermeer, Joost and Marquardt, Christoph and Auer, Michael and Baliuka, Adomas and Birkhold, Moritz and Freiwang, Peter and Steinberger, Michael and Rosenfeld, Wenjamin and Weinfurter, Harald and 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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Official URL: https://iafastro.directory/iac/proceedings/IAC-25/
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/217519/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Conference or Workshop Item (Poster) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | QUBE Mission Update: First Year of Operation of a 3U CubeSat for Quantum-Key-Distribution Experiments | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 4 October 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | 76th International Astronautical Congress, IAC 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | Quantum Key Distribution, CuebSat, New Space, QKD | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Title: | 76th International Astronautical Congress (IAC) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Location: | Sydney, Australien | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Type: | international Conference | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event Start Date: | 29 September 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Event End Date: | 3 October 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Organizer: | International Astronautical Federation (IAF) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R KNQ - Communication, Navigation, Quantum Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - OSIRIS Future | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Oberpfaffenhofen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Communication and Navigation Institute of Communication and Navigation > Optical Satellite Links | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Rödiger, Benjamin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 13 Oct 2025 14:50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 13 Oct 2025 14:50 |
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