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© Telespazio VEGA Deutschland
DWT 2014 Die operativen Herausforderungen bei der
Weiterentwicklung von Einzelsatellitenmissionen hin zu
Konstellationsmission von Satelliten
Dipl.-Ing. Christian D.Bodemann
7/9/2014
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ÜBERSICHT
Einleitung
Operative Herausforderungen
Beispiel 1: Routinebetrieb
Beispiel 2: Notfallbetrieb
Beispiel 3: Konstellationserweiterung und Lebensphasen
Herausforderungen an einen Simulator
Zusammenfassung
DIE OPERATIVEN HERAUSFORDERUNGEN BEI DER
WEITERENTWICKLUNG VON EINZELSATELLITENMISSIONEN HIN
ZU KONSTELLATIONSMISSION VON SATELLITEN
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EINLEITUNG
Hatte man in der jüngeren Vergangenheit immer mehr Instrumente auf
einen Satelliten eingebaut um möglichst viel Daten zu gewinnen (ENVISAT),
so gibt es in jüngster Zeit einen Trend hin zu Konstellationen von Satelliten.
Das hat enorme Vorteile hinsichtlich der Verfügbarkeit der Daten und des
Ausfallrisikos des Gesamtsystems.
Diese Vorteile haben aber auch Ihren Preis. Einen Satelliten zu betreiben
und das Personal dafür zu trainieren, ist eine Aufgabe, die mittlerweile
Routine ist. Der Betrieb einer Konstellation von Satelliten hingegen ist in
Europa weitgehend Neuland.
Diese Herausforderung gilt es zu meistern vor dem Hintergrund von
schrumpfenden Budgets und erwarteter Effizienzsteigerung auf der anderen
Seite.
Diese Herausforderung nicht zu meistern oder gar zu ignorieren kann sich
niemand leisten (KOSMOS / IRIDIUM) und führt im schlimmsten Fall dazu,
dass Missionen nicht erfolgreich durchgeführt und SSA Aktivitäten erweitert
werden müssen.
Langfristige Lageänderung
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OPERATIVE HERAUSFORDERUNGEN
Es gibt Konstellationen in niedrigen (LEO) und mittleren Erdorbits (MEO).
(Geostationär stellt nicht wirklich eine Herausforderung dar)
Bei LEO-Konstellationen haben Bodenstationen kurze Kontaktzeiten mit
vielen Satelliten
Bei MEO-Konstellationen haben Bodenstationen zu vielen Satelliten zur
selben Zeit Kontakt
Satellitenkonstellationen sind nicht immer homogen, sie können aus
verschiedenen Satelliten bestehen
Routinebetrieb ist sehr dynamisch und muss gut vorgeplant sein
Notfallprozeduren können sehr kompliziert werden
Die Herausforderung besteht darin: Sind die Teamgröße, Qualifikation und
Betriebsplanung der Aufgabe gewachsen? Ist der Betrieb kosteneffektiv?
Die Herausforderung Satellitenkonstellation
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OPERATIVE HERAUSFORDERUNGEN
Die Hauptaufgaben umfassen bei einem typischem Flugkontrollteam im
Wesentlichen:
Planung
Vorbereitung
Beobachtung
Betrieb bei Anomalien und Notfällen
Für einen einzelnen Satelliten sind all diese Aufgaben sind klar definiert und
man hat jede Menge Erfahrung. Im Falle einer Konstellation hat man aber mehr
als einen Satelliten und das hat einen Einfluss auf den Betrieb hinsichtlich:
Teamgröße
Betriebsmittelplanung und -verteilung
Konfigurationskontrolle
Und natürlich haben alle diese Punkte Einfluss auf die Kosten!
Hauptaufgaben
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OPERATIVE HERAUSFORDERUNGEN
Es gibt drei Optionen, mit denen man die Kosten unter Kontrolle halten kann:
Automatisierung des Betriebs
Optimierung der Betriebsabläufe
Strenge Konfigurationskontrolle
Kosteneffizienz
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OPERATIVE HERAUSFORDERUNGEN
Diese Maßnahmen können nur erfolgreich sein unter den folgenden
Bedingungen:
Ein hoch qualifiziertes und trainiertes Team, das Probleme erkennen und
lösen kann, die von den automatisierten Betriebsabläufen nicht erkannt und
gelöst werden können.
Validierte und getestete Betriebskonzepte und Prozesse
Die Möglichkeit Änderungen an den automatischen Prozessen validieren zu
können ohne die Nutzung der Satelliten oder einen Eingriff in die operativen
Betriebsabläufe.
Das erfordert eine Menge Vorbereitung, Tests und Training.
Für welche Fälle wäre ein Training nützlich ?
Einsatzbereit ?
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BEISPIEL 1: ROUTINEBETRIEB
Während des Routinebetriebs sind
normalerweise mehrere Satelliten sichtbar, mit
denen kommuniziert werden kann.
Eine Antenne kann aber nur mit einem Satelliten
kommunizieren.
Die Kommunikation muss sequenziell erfolgen.
Die Nutzung der Bodeninfrastruktur muss daher
präzise vorausgeplant werden.
Der Übergang von einem Satelliten zum nächsten
muss klar definiert und trainiert sein.
Automatische Prozeduren müssen aufgesetzt
werden und getestet werden.
Anzahl der sichtbaren Satelliten
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BEISPIEL 1: ROUTINEBETRIEB
Wenn mehr als ein Satellitentyp oder Variante in der Konstellation
verwendet wird, dann müssen für jeden dieser Satelliten eigene
Kommandosequenzen und Prozeduren aufgesetzt und getestet werden.
Selbst wenn es sich um denselben Typ handelt, kann die Konfiguration
abweichen.
Das erfordert eine umfangreiche und komplexe Konfigurationskontrolle.
Sie Sequenz von Kontakten von unterschiedlichen Satelliten erfordert
daher ein hohes Level an automatischen Überprüfungen.
Das zeigt, das für den Routinebetrieb das Betriebstraining umfangreicher und
komplexer sein muss als für einen einzelnen Satelliten. Das Training hat
eigentlich zwei Ebenen: Die des Betriebs eines einzelnen Satelliten und die
des Satellitenflottenmanagements.
Diese zweite Ebene ist genau der Punkt, bei dem Europa Neuland betreten
hat.
Herausforderungen
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BEISPIEL 2: NOTFALLBETRIEB
Einfaches Beispiel: Eine Bodenstation arbeitet
routinemäßig einen Satellitenkontakt nach dem
anderen ab. Plötzlich stellt der Betreiber fest, dass
einer der Satelliten in einer Notlage ist und in „SAFE
MODE“ gegangen ist.
Dafür gibt es Notfallprozeduren, die für diesen Fall eine
Umverteilung der Betriebsmittel und die weitere
Vorgehensweise regeln. Dies müssen gut geplant und
trainiert sein.
Während bei dem Betrieb eines einzelnen Satelliten
der Betrieb unterbrochen wird und die Anomalie
beseitigt wird, muss aber bei dem Betrieb einer
Konstellation der Routinebetrieb der Konstellation
aufrechterhalten werden.
Was wenn ?
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BEISPIEL 2: NOTFALLBETRIEB
Das Beispiel zeigt, dass im Falle eines Notfalls von einem Moment auf den
anderen zu einem Parallelbetrieb übergegangen werden muss.
Das bedeutet, dass Betriebsmittelzuweisungen (Team, Antennen) und
Zuständigkeiten im Voraus sorgfältig geplant sein müssen.
Der Übergang vom Routinebetrieb zum Notfallbetrieb und damit der
Übergang in den Parallelbetrieb muss geplant, vorbereitet und trainiert
werden.
Notfallszenarien können sehr komplex sein, da eine Konstellation aus beliebig
vielen Satelliten bestehen kann. Da aber Probleme mit einem oder mehreren
Satelliten keinen nennenswerten Einfluss auf die Performance der Konstellation
haben dürfen, ist der Notfallbetrieb intensiv zu üben.
Parallelbetrieb
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BEISPIEL 3: KONSTELLATIONSERWEITERUNG UND
LEBENSPHASEN
Im Prinzip entsteht die Notwendigkeit zur Vorbereitung, Testen und Training
eines Konstellationsflottenmanagement mit dem Start des zweiten
Satelliten.
Jede Erweiterung der Konstellation erfordert einen Satellitenflottenbetrieb
für:
Die im Betrieb befindlichen Satelliten
Den neu hinzuzufügenden Satelliten
Satellitenflottenbetrieb in Routinephasen
Satellitenflottenbetrieb in Notfallphasen
Parallelbetrieb während einer Verschiebung eines Satelliten im Orbit.
Parallelbetrieb während der Überführung eines Satelliten in seinen
„Friedhofsorbit“.
Wann ist Konstellationsflottenmanagement nötig ?
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HERAUSFORDERUNGEN AN EINEN SIMULATOR
Der Missionssimulator muss nicht nur einen
Satelliten in allen Einzelheiten simulieren
sondern die gesamte Konstellation.
Alle verschieden Varianten und
Konfigurationen von Satelliten müssen im
Simulator abgebildet sein.
Er muss mit dem Missionskontrollsystem der
Konstellation verbunden werden können.
Alle Satellitenmodelle im Simulator müssen
Prozessoremulatoren haben, um die aktuelle
On-Board-Software-Konfiguration betreiben zu
können.
Alle möglichen Konstellationsnotfallszenarios
müssen simulierbar sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
Eine Satellitenkonstellation erfordert mehr als nur den Betrieb eines
Satelliten - Es erfordert die Einführung eines Satellitenflottenmanagements.
Obwohl im Routinebetrieb die Bodenstationen sequenziell genutzt werden,
erfordern einige Phasen wie die Erweiterung der Konstellation, Notfälle oder
die Außerbetriebnahme eines Satelliten den Parallelbetrieb, um den Betrieb
der gesamten Konstellation nicht zu unterbrechen.
Alles muss getestet und validiert werden.
Alles muss trainiert werden.
Viele Vorgänge können automatisiert werden.
Letztendlich entscheidend bleiben aber immer die Fähigkeiten der Bediener.
Nur hochqualifiziertes und trainiertes Personal kann die richtigen Schritte
zur richtigen Zeit einleiten.
Dazu ist eine adäquate und repräsentative Test und Trainingsumgebung
nötig: ein Konstellationssimulator.
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