Erster österreichischer Satellit

Transkript

1 Erster österreichischer Satellit O.Koudelka Institut für Kommunikationsnetze und Satellitenkommunikation TU Graz 1

2 INHALT Einleitung, Vorläuferprojekte Aufgaben der TUGSAT-1 / BRITE Austria Mission Beteiligte Partner Wissenschaftliche Zielsetzungen Aufbau des Satelliten Folgenutzen, Kooperationen 2

3 GEPLANTE SATELLITENPROJEKTE (1) GRAZIJA: kleiner Forschungs-Subsatellit, der von der Raumstation MIR während der AUSTROMIR-Mission (1991) freigesetzt werden sollte nicht realisiert aus Kostengründen Quelle: ESA 3

4 GEPLANTE SATELLITENPROJEKTE (2) ALPSAT: Kooperation Schweiz / Österreich Sehr anspruchsvoller Forschungssatellit positioniert am Lagrange-Punkt Nicht realisiert aus Kostengründen 4

5 /BRITE AUSTRIA Design, Entwicklung, Bau, Test, Start und Betrieb des ersten österreichischen Satelliten im Rahmen des österreichischen Weltraumprogramms (finanziert aus dem Nationalen Weltraumprogramm ASAP III der FFG/ALR) Ausbildung von Studierenden ( Hands-on Training ) in der Gesamtabwicklung eines ambitiösen Weltraumprojektes Interfakultäres und interuniversitäres Projekt - Elektrotechnik und Telematik - Astronomie - Satellitengeodäsie - Mechanik und Thermodynamik 5

6 BRITE AUSTRIA Die Projektpartner Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie - Impulsprogramm Österreichisches Weltraumprogramm 2006 (ÖWP) Forschungsförderungsgesellschaft FFG - Initiator des Projektes - Abwicklung über ÖWP 2006 TU Graz - Projektleitung, Design, Bau und Test des Satelliten - Technologie und Ausbildung - Bau der Kommunikations- und wissenschaftlichen Nutzlast - Logistik für Start, Betrieb des Satelliten und der Bodenstation Graz Universität Wien - Wissenschaft und internationale Kooperation (Kanada) - Auswertung der astronomischen Daten (Sternenkamera) TU Wien - Betrieb der Bodenstation Wien 6

7 Ausführendes Konsortium Hauptauftragnehmer: Institut für Kommunikationsnetze Satellitenkommunikation (Prof. Otto Koudelka) Subauftragnehmer: Institut für Astronomie (Prof. Werner Weiss) Institut für Nachrichtentechnik und Hochfrequenztechnik (Prof. Arpad Scholtz) Kooperationspartner: University of Toronto (Dr. Rob Zee) 7

8 / BRITE AUSTRIA Bright Target Explorer Forschungszweck: Untersuchung heller Sterne mit präziser Sternenkamera Eröffnet der Astronomie eine neue Dimension zur Erkundung von hellen Sternen ohne Störung durch die Erdatmosphäre mit Hilfe von kostengünstigen Instrumenten 8

9 LEBENSZYKLUS DER MATERIE Schwere Elemente (> Beryllium) werden in Sternen erzeugt Ohne schwere Elemente kein Leben möglich Die meisten schweren Elemente in sehr hellen Sternen produziert 9

10 AGB (Asymptotic Giant Branch) Primärer Fusionsprozess: Helium schwerere Elemente Starke stellare Winde 1.GRUPPE Hälfte des Kohlenstoffs im Universum > 200 Neutronen-reiche Elemente (Cadmium, Zinn, Blei) 10

11 2.GRUPPE am Beginn > 8 Sonnenmassen Heiße OB-Sterne und kühlere Superriesen dominieren die Gruppe heller Sterne am Sternenhimmel Massive Sterne sind heller, verbrennen nuklearen Brennstoff rascher Hunderte bis tausende Generationen seit dem Urknall Sehr wichtig, trotz geringer Zahl Modelle über innere Vorgänge sollen verbessert werden 11

12 HELLE STERNE Reichern das interstellare Medium mit schweren Elementen an, instabil Stellarer Wind während gesamten Lebenszyklus Supernova: Erzeugung weiterer schwerer Elemente Quelle für Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff Quelle: 12

13 EIGENSCHAFTEN Periodische, semi-periodische und unregelmäßige Helligkeitsschwankungen Ursachen: Änderung im magnetischen Feld Dichteschwankungen Rotationen im Stern Temperaturschwankungen an der Oberfläche 13

14 MESSUNGEN der Helligkeitsschwankungen (Intensität, Frequenz): Rückschlüsse auf Dichte der einzelnen Schichten des Sterns Grundschwingungsmodus ist umgekehrt proportional der Wurzel der mittleren Dichte Photometrische Untersuchungen 14

15 WISSENSCHAFTLICHES ZIEL Messung der Oszillationen heller Sterne Aufnahme von Zeitserien (Minuten bis Monate) Beobachtung des Grundschwingungsmodus und der Harmonischen gibt Aufschluss über die Dichteprofile der Sterne BRITE Mission: Größenordung

16 MESSINSTRUMENT Teleskop mit CMOS Sensor Helligkeitsmessungen Aufnahme über 15 Minuten (Orbitdauer 100 Minuten) Aufnahmesequenzen über >100 Tage Gleichzeitige Beobachtung mehrerer heller Sterne: differentielle Photometrie 16

17 SATELLITENKONSTELLATION Paar von Satelliten: unterschiedliche spektrale Filter für die Sternenkamera, Farbinformation zusätzlich zur Helligkeitsinformation Keine beweglichen Teile (Filterwechsel nicht möglich) Verringerung der Entwicklungskosten Risikominimierung Längere Beobachtungszeiten 17

18 STERNE +3.5 Quelle: W.Weiss Figure : Density of BRITE-Constellation target candidate stars inside a field of

19 Weitere wissenschaftliche Nutzlasten für zukünftige Mission Retroreflektoren zur genauen Bahnverfolgung mit der Laserstation des Instituts für Weltraumforschung / Abteilung für Satellitengeodäsie am Observatorium Lustbühel, Graz Spezieller GPS-Empfänger zur Positionsbestimmung 19

20 / BRITE-AUSTRIA Nanosatellit Erster einer Serie von österreichischen Kleinsatelliten Masse: 5 kg Innovation: präzise Dreiachsenstabilisierung auf Kleinstsatellit Genauigkeit der Lageregelung: 1 Bogenminute Stromversorgung: 6 W (mittels Solarzellen) Datenübertragungsrate: 32 kbit/s (min.), 256 kbit/s (max.) Datenvolumen / Tag: typisch 2 MByte Frequenzbereiche: 2057 / 2234 MHz (S-Band) sowie 430 MHz (UHF) Sendeleistung: 0.5 Watt 20

21 TUGSAT-1 /BRITE-AUSTRIA Sonnenzellen Telemetrie- Antenne Sonnensensor Teleskop (Sternenkamera) Sternensensor für Lageregelung 21

22 Sonnenzellen Telemetrieantenne S-Band Kamera Hauptcomputer Batterie UHF Antenne Sternensensor Schwungräder Lageregelungs- Computer GPS Antenne 22

23 STERNENKAMERA Radiator Optik CMOS-Detektor/Elektronik 23

24 STERNENKAMERA (2) CMOS statt CCD (ca. 0.5 W statt 5 W) 1280 x 1024 bis 4556 x 3044 Pixelgröße: 5-8 micrometer A/D: bit Effektive Quanteneffizienz: % Apertur: 25 x 35 mm Erwünschte Genauigkeit: mag. pro 15 min. Beobachtung Weltraumqualifizierte Farbfilter ( nm, nm) 24

25 LAYOUT Sternensensor Schwungräder GPS Empfänger Li-Ion Batterien 25

26 LAGEREGELUNG 26

27 LAYOUT (2) Magnetspule Kamera Sonnensensor (1 von 6) 27

28 KONTROLLE Flugleitzentrum in Graz Bodentstationen Lustbühel / Hilmwarte Automatische Datenaufzeichnung Daten den Astronomen zur Verfügung gestellt 28

29 Laser- u, Satellitenbodenstation Lustbühel, Graz 29

30 OBSERVATORIUM LUSTBÜHEL Hochgenaue Positionsbestimmung des Satelliten mit Laserstation Genaue Zeitreferenz vom Zeitlaboratorium (10-13 ) Cäsiumfrequenznormal GPS-Disciplined Oscillator 30

31 SATELLITENTELEMETRIESTATION Hilmwarte, Graz 3.7 m Antenne 31

32 BODENSTATION 2 Ursprünglich im Auftrag der ESA für Ka-Band entwickelt 2.4 m Antenne mit computergesteuerter Nachführung wurde am Dach des Studienzentrums / Inffeldgasse installiert Erste Tests mit dieser Antenne S-Band-Empfänger in Bau Mission Control und Datenerfassung im Studienzentrum Abruf der wissenschaftlichen Daten von einem speziellen Server 32

33 KONTROLLRAUM 33

34 KOSTEN / LAUFZEIT Laufzeit: 22 Monate (2 Jahre) Kosten: 450 (FFG, Impulsprogramm des BMVIT + 50 k TU Graz) Missionssdauer des Satelliten: ca. 2 Jahre 34

35 Test von Weltraumhardware an der TU Graz 35

36 Weltraum-Testeinrichtungen am IKS Vakuumkammer Schütteltisch (bis 60 g) 36

37 ZUSAMMENFASSUNG Österreich-Premiere: erster österreichischer Nanosatellit Wissenschaft: Sternenkamera eröffnet Astronomie neue Dimension zur Erkundung von hellen Sternen Technologie/Nachhaltigkeit: Entwicklung einer kostengünstigen Satellitenplattform für künftige wissenschaftliche und technologische Missionen Mehrwert für Lehre: - TUG SAT / BRITE Austria bietet angewandte Ausbildung für Studierende - Nachwuchs für Weltraumwissenschaften akquirieren - Interesse für Naturwissenschaften bei Schülern fördern Breite Öffentlichkeit: Akzeptanz für Technologie und Forschung schaffen, Interesse wecken, Identifikation mit Weltraumforschung Meinungsbildner aus Politik und Wirtschaft: Interesse und Unterstützung für weitere Aktivitäten gewinnen 37

38 ZUSAMMENFASSUNG (2) Kooperation mit Weltrauminstitutionen in Graz Joanneum Research, ÖAW Industrie: MAGNA Space Technologies, SIEMENS, AAe 38

39 INFORMATION Infoscreen im Institut Inffeldgasse 12 ausgestrahlt über DVB-T Kontakt: 39