TUGSAT-1/BRITE-Austria

Transkript

1 Manuela Unterberger Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation 1

2 Projektideen Workshops für potentielle Kleinsatelliten-Missionen Anzeichen seitens FFG/ALR für Unterstützung eines Kleinsatelliten-Projekts CUBESAT-Studien durch TU Graz Gemeinsamer Antrag durch TUG, UV, TUW eingereicht bei FFG/ALR im September 2005 Vertrag im Februar 2006 erhalten 2

3 Anspruchsvolle wissenschaftliche und technologische Mission Mehrwert für die Ausbildung - Training für Studierende (hands-on experience) - junge Ingenieure und Wissenschafter Interfakultäres und interuniversitäres Projekt - Elektrotechnik und Telematik - Astronomie - Satellitengeodäsie - Mechanik und Thermodynamik 3

4 BRITE AUSTRIA Partner Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie - Impulsprogramm Österreichisches Weltraumprogramm 2006 (ÖWP) Forschungsförderungsgesellschaft FFG - Initiator des Projektes - Abwicklung über ÖWP 2006/2007 Technische Universität Graz - Projekt-Management - Systemstudien und Test von - Start inkl. Logistik, Betrieb des Satelliten und der Bodenstation in Graz Universität Wien - Wissenschaft und internationale Kooperation (Kanada) - Auswertung der astronomischen Daten (Sternenkamera) Technische Universität Wien - Betrieb der zukünftigen Back-up Bodenstation Space Flight Laboratory, University of Toronto - Design - Lieferung von Komponenten 4

5 BRITE AUSTRIA Partner 5

6 TUGSAT-1 / BRITE AUSTRIA Bright Target Explorer Forschungszweck: Untersuchung heller Sterne mit Hilfe einer präziser Sternenkamera Eröffnet der Astronomie eine neue Dimension zur Erkundung von hellen Sternen mit Hilfe von kostengünstigen Instrumenten 6

7 Warum in den Weltraum? Weltraumbeobachtungen sind um Größenordnungen teurer als erdgebundene Reparatur und Modernisierung ist entweder unmöglich oder mit extremem Aufwand verbunden Hubble Space Telescope 7

8 Warum in den Weltraum? 8

9 Unruhige, schmutzige Atmosphäre Lichtverschmutzung Warum in den Weltraum? 9

10 Ultrapräzision vom Boden im Weltraum 10

11 Präzisionsphotometrie Unglaublich! Wissenschaftler auf der Erde erzählen uns immer, dass Sterne riesengroße, brennende Gaskugeln sind, Milliarden Kilometer entfernt. Ja! -- Die haben wir ganz schön hinters Licht geführt! Photometrie Messung der Helligkeit eines Objektes - Asteroseismologie - Beobachtung extrasolarer Planeten 11

12 Helioseismologie Die turbulenten äußeren Schichten der Sonne rufen Schallwellen hervor, die in das Innere vordringen Mehr als 10 Mio. akustische Eigenschwingungen Inneres der Sonne entschlϋsselt 12

13 Helioseismologie Die turbulenten äußeren Schichten der Sonne rufen Schallwellen hervor, die in das Innere vordringen Mehr als 10 Mio. akustische Eigenschwingungen Inneres der Sonne entschlϋsselt Sonnenähnliche Sterne sollten analoge Oszillationen aufweisen! Sterne sind lichtschwächer & ihre Schwingungen können nicht räumlich aufgelöst werden! 13

14 Asteroseismologie Helligkeitsschwankungen nur um 1 Millionstel der Sternhelligkeit 1km Lichtkurve Helligkeit Zeit 14

15 Lichtkurve: 2 Perioden Helligkeit Zeit 15

16 Wissenschaftliches Ziel Messung der Oszillationen heller Sterne mit Teleskop (CCD Sensor) Aufnahme von Zeitserien (Minuten bis 100 Tage) Beobachtung des Grundschwingungsmodus und der Harmonischen gibt Aufschluss über die Dichteprofile der Sterne Gleichzeitige Beobachtung mehrerer heller Sterne (hot and cool luminous stars <= 15 FOI): differentielle Photometrie BRITE Mission: Größenordung

17 BRITE Constellation Einsatz von Satellitenpaare: Teleskope mit unterschiedlichen Spektralfilter Zusätzlich zur Helligkeit können Farbinformationen gewonnen werden Pro Orbit werden die Sternenfelder von der Erde verdeckt, mit Hilfe mehrerer Satelliten können die dadurch entstehenden Zeitfenster verringert werden keine beweglichen Teile (Filtertausch nicht möglich) Reduktion der Entwicklungskosten Minimierung des Risikos längere Beobachtungszeiträume 17

18 BRITE Satelliten Lens Spacers nahezu identisch im Design unterschiedliche Linsensysteme und Farbfilter UniBRITE blauer Filter nm Lens Retaining Ring Cell roter Filter nm 18

19 Primary Targets 19

20 Primary Targets O&B Sterne P ~ 3h 2d Rote Riesen P ~ 2h 100d 20

21 BRITE-Constellation B R B R 21

22 ORBIT 22

23 Generic Nanosatellite Bus für BRITE und zukünftige Nanosatelliten-Missionen entwickelt Würfel mit 20cm Kantenlänge, Masse ~ 6.5 kg Triple-junction Solarzellen 5.3Ahr Lithium-Ion Batterien 4kbps UHF Receiver (Uplink) und 32kbps S-Band Transmitter (Downlink) Vorteil: Satellitenbus kann für unterschiedliche Payloads verwendet werden 23

24 Interne Struktur 24

25 Externe Struktur 25

26 Lagebestimmung (Attitude Determination) mit Hilfe von Sensoren Sonnensensoren Phototransistoren für Grobbestimmung Digitale Arrays für Feinbestimmung Magnetometer Dreiachsen-Magnetometer Bestimmung des Erdmagnetfeldes Startracker Genauigkeit bei ±70 Bogensekunden 26

27 Lageregelung (Attitude Control) Aktuatoren Magnetorquer grobe Stabilisierung Reaction wheels erlauben sehr genaue Lageregelung im Minutenbereich 27

28 Power Subsystem Energieverwaltung von OBCs getrennt single Electrically Programmable Logic Device sammelt Telemetriedaten von verschiedenen Sensoren 36 Solarzellen auf jeder Würfelfläche angebracht 6 W werden benötigt Batterien, BCDRs dienen der Energiespeicherung zweite Batterie aus Redundanzgründen 28

29 Telemetry, Telecommand and Control 3 Frequenzen UHF (437,36 MHz), Uplink, Satellitensteuerung VHF (145,89 MHz), Bake sendet Hauptsensordaten (Temperatur, Batterie) S-Band ( MHz), Downlink, Daten- und Telemetrie Datenraten: 32 kbit/s kbit/s (Downlink) Datenvolumen / Tag: 1.5 MBytes Nanosatelliten-Protokoll 29

30 Antennen 30

31 On-board Computer 3 OBCs, redundant aufgebaut Housekeeping OBC Attitude determination and control OBC Science OBC Texas Instruments TMS470 Prozessor mit ARM7 KernCPU 31

32 Thermisches Subsystem sehr kritisch CCD-Detektor des Teleskops Batterie (> 0 C) Temperaturschwankungen zwischen -40 und

33 BRITE Instrument Baffle zur Verringerung des Streulichts Optische Zelle aus Aluminium gefertigt beinhaltet Linsensystem Header Tray CCD Platine 33

34 BRITE Instrument (2) CCD Sensor (~ 3.6 W) 1280 x 1024 bis 4556 x 3044 Pixelgröße: 5-8 μm A/D: bit effective quantum efficiency: % Blende 25 x 35 mm Präzision mag. pro 15 min. Beobachtungsdauer Farbfilter nm (blau) nm (rot) 34

35 Integration 35

36 Launch Russian launcher DNEPR ROCKOT Indian launcher PSLV (Antrix Corp) ESA 36

37 XPOD Erfolgreiche Operation bei CAN-X-6 Start am 28 April 2008 Deployment Mechanism 37

38 IN-ORBIT Validierung NTS (Start April 2008) UHF/S-Band (Rx/Tx inkl. Antennen), Sonnensensoren (identisch) Struktur, XPOD-Struktur und Elektronik, Batterie (ähnlich) CanX-2 (Start April 2008) Magnetometer, Schwungrad, Sonnensensoren (identisch) Magnetorquer, OBC (ähnlich) 38

39 Bodenstationen Graz Toronto Wien 39

40 Test Infrastruktur 40

41 Kosten / Zeitplan Entwicklung und Tests (Phase 1): 2,5 Jahre Kosten für Entwicklung: 450 k (FFG/ALR) + 50 k für Bodenstation Graz (TUG) Erster Teil der Phase 2: 250 k Launch opportunities Software Entwicklung (ground support und science software) Missionsdauer: min. 2 Jahre 41

42 COROT MOST TUGSAT-1 US$3Billion ~ 6 M ~ 170 M < 1 M 42

43 Anwendungsszenarien (1) Blitzdetektion (Ersteinsatz bei Cassini Huygens) Messung von Frequenzen über 20 MHz (Kooperation mit Space Research Institute / ÖAW, K.Schwingenschuh 43

44 Anwendungsszenarien (2) Imager (visible) Communications ISL (IP) Imager (infrared) Up/downlink (S-, X-band) KONSTELLATION 3D INTERNET Magnetometer COTS systems for ISL: WiMAX 44

45 Anwendungsszenarien (3) NittanySat Nanosat-5 Programm der Pennsylvania State University (Launch vorr. 2011) u.a. Kalibrierung terrestrisches RIO-meter (Relative Ionospheric Opacity meter) 150 Elektronendichte Messung (Bereich km) Altitude, km S NLTE-1 F F F E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09 1.E+10 1.E+11 1.E+12 Electron density, m-3 IKS / TU Graz, Prof. M. Friedrich 45

46 Danke für die Aufmerksamkeit