@misc{ReitemeyerWeinmann2022,
  author    = {Reitemeyer, Malte and Weinmann, Felix},
  title     = {Detection of UAP with a Nano Satellite},
  doi       = {10.25972/OPUS-26139},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-261391},
  pages     = {36},
  year      = {2022},
  abstract  = {Continued reports over the past decades of unknown aerial phenomena (short UAP) have given high relevance to the investigation and research of these. Especially reports by US Navy pilots and official investigations by the US Office of the director of national intelligence have emphasized the value of such efforts. Due to the inherently limited scope of earth based observations, a satellite based instrument for detection of such phenomena may prove especially useful. This paper as such investigates the possible viability of such an instrument on a nano satellite mission.},
  subject      = {Satellit},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Balagurin2022,
  author    = {Balagurin, Oleksii},
  title     = {Designoptimierung von Sternsensoren f{\"u}r Pico- und Nanosatelliten},
  doi       = {10.25972/OPUS-25896},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-258966},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Die Raumfahrt ist eine der konservativsten Industriebranchen. Neue Entwicklungen von Komponenten und Systemen beruhen auf existierenden Standards und eigene Erfahrungen der Entwickler. Die Systeme sollen in einem vorgegebenen engen Zeitrahmen projektiert, in sehr kleiner St{\"u}ckzahl gefertigt und schließlich aufwendig qualifiziert werden. Erfahrungsgem{\"a}ß reicht die Zeit f{\"u}r Entwicklungsiterationen und weitgehende Perfektionierung des Systems oft nicht aus. Fertige Sensoren, Subsysteme und Systeme sind Unikate, die nur f{\"u}r eine bestimme Funktion und in manchen F{\"a}llen sogar nur f{\"u}r bestimmte Missionen konzipiert sind. Eine Neuentwicklung solcher Komponenten ist extrem teuer und risikobehaftet. Deswegen werden flugerprobte Systeme ohne {\"A}nderungen und Optimierung mehrere Jahre eingesetzt, ohne Technologiefortschritte zu ber{\"u}cksichtigen. Aufgrund des enormen finanziellen Aufwandes und der Tr{\"a}gheit ist die konventionelle Vorgehensweise in der Entwicklung nicht direkt auf Kleinsatelliten {\"u}bertragbar. Eine dynamische Entwicklung im Low Cost Bereich ben{\"o}tigt eine universale und f{\"u}r unterschiedliche Anwendungsbereiche leicht modifizierbare Strategie. Diese Strategie soll nicht nur flexibel sein, sondern auch zu einer m{\"o}glichst optimalen und effizienten Hardwarel{\"o}sung f{\"u}hren. Diese Arbeit stellt ein Software-Tool f{\"u}r eine zeit- und kosteneffiziente Entwicklung von Sternsensoren f{\"u}r Kleinsatelliten vor. Um eine maximale Leistung des Komplettsystems zu erreichen, soll der Sensor die Anforderungen und Randbedingungen vorgegebener Anwendungen erf{\"u}llen und dar{\"u}ber hinaus f{\"u}r diese Anwendungen optimiert sein. Wegen der komplexen Zusammenh{\"a}nge zwischen den Parametern optischer Sensorsysteme ist keine „straightforward" L{\"o}sung des Problems m{\"o}glich. Nur durch den Einsatz computerbasierter Optimierungsverfahren kann schnell und effizient ein bestm{\"o}gliches Systemkonzept f{\"u}r die gegebenen Randbedingungen ausgearbeitet werden.},
  subject      = {Sternsensor},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Djebko2020,
  author    = {Djebko, Kirill},
  title     = {Quantitative modellbasierte Diagnose am Beispiel der Energieversorgung des SONATE-Nanosatelliten mit automatisch kalibrierten Modellkomponenten},
  doi       = {10.25972/OPUS-20662},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-206628},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Von technischen Systemen wird in der heutigen Zeit erwartet, dass diese stets fehlerfrei funktionieren, um einen reibungslosen Ablauf des Alltags zu gew{\"a}hrleisten. Technische Systeme jedoch k{\"o}nnen Defekte aufweisen, die deren Funktionsweise einschr{\"a}nken oder zu deren Totalausfall f{\"u}hren k{\"o}nnen. Grunds{\"a}tzlich zeigen sich Defekte durch eine Ver{\"a}nderung im Verhalten von einzelnen Komponenten. Diese Abweichungen vom Nominalverhalten nehmen dabei an Intensit{\"a}t zu, je n{\"a}her die entsprechende Komponente an einem Totalausfall ist. Aus diesem Grund sollte das Fehlverhalten von Komponenten rechtzeitig erkannt werden, um permanenten Schaden zu verhindern. Von besonderer Bedeutung ist dies f{\"u}r die Luft- und Raumfahrt. Bei einem Satelliten kann keine Wartung seiner Komponenten durchgef{\"u}hrt werden, wenn er sich bereits im Orbit befindet. Der Defekt einer einzelnen Komponente, wie der Batterie der Energieversorgung, kann hierbei den Verlust der gesamten Mission bedeuten. Grunds{\"a}tzlich l{\"a}sst sich Fehlererkennung manuell durchf{\"u}hren, wie es im Satellitenbetrieb oft {\"u}blich ist. Hierf{\"u}r muss ein menschlicher Experte, ein sogenannter Operator, das System {\"u}berwachen. Diese Form der {\"U}berwachung ist allerdings stark von der Zeit, Verf{\"u}gbarkeit und Expertise des Operators, der die {\"U}berwachung durchf{\"u}hrt, abh{\"a}ngig. Ein anderer Ansatz ist die Verwendung eines dedizierten Diagnosesystems. Dieses kann das technische System permanent {\"u}berwachen und selbstst{\"a}ndig Diagnosen berechnen. Die Diagnosen k{\"o}nnen dann durch einen Experten eingesehen werden, der auf ihrer Basis Aktionen durchf{\"u}hren kann. Das in dieser Arbeit vorgestellte modellbasierte Diagnosesystem verwendet ein quantitatives Modell eines technischen Systems, das dessen Nominalverhalten beschreibt. Das beobachtete Verhalten des technischen Systems, gegeben durch Messwerte, wird mit seinem erwarteten Verhalten, gegeben durch simulierte Werte des Modells, verglichen und Diskrepanzen bestimmt. Jede Diskrepanz ist dabei ein Symptom. Diagnosen werden dadurch berechnet, dass zun{\"a}chst zu jedem Symptom eine sogenannte Konfliktmenge berechnet wird. Dies ist eine Menge von Komponenten, sodass der Defekt einer dieser Komponenten das entsprechende Symptom erkl{\"a}ren k{\"o}nnte. Mithilfe dieser Konfliktmengen werden sogenannte Treffermengen berechnet. Eine Treffermenge ist eine Menge von Komponenten, sodass der gleichzeitige Defekt aller Komponenten dieser Menge alle beobachteten Symptome erkl{\"a}ren k{\"o}nnte. Jede minimale Treffermenge entspricht dabei einer Diagnose. Zur Berechnung dieser Mengen nutzt das Diagnosesystem ein Verfahren, bei dem zun{\"a}chst abh{\"a}ngige Komponenten bestimmt werden und diese von symptombehafteten Komponenten belastet und von korrekt funktionierenden Komponenten entlastet werden. F{\"u}r die einzelnen Komponenten werden Bewertungen auf Basis dieser Be- und Entlastungen berechnet und mit ihnen Diagnosen gestellt. Da das Diagnosesystem auf ausreichend genaue Modelle angewiesen ist und die manuelle Kalibrierung dieser Modelle mit erheblichem Aufwand verbunden ist, wurde ein Verfahren zur automatischen Kalibrierung entwickelt. Dieses verwendet einen Zyklischen Genetischen Algorithmus, um mithilfe von aufgezeichneten Werten der realen Komponenten Modellparameter zu bestimmen, sodass die Modelle die aufgezeichneten Daten m{\"o}glichst gut reproduzieren k{\"o}nnen. Zur Evaluation der automatischen Kalibrierung wurden ein Testaufbau und verschiedene dynamische und manuell schwierig zu kalibrierende Komponenten des Qualifikationsmodells eines realen Nanosatelliten, dem SONATE-Nanosatelliten modelliert und kalibriert. Der Testaufbau bestand dabei aus einem Batteriepack, einem Laderegler, einem Tiefentladeschutz, einem Entladeregler, einem Stepper Motor HAT und einem Motor. Er wurde zus{\"a}tzlich zur automatischen Kalibrierung unabh{\"a}ngig manuell kalibriert. Die automatisch kalibrierten Satellitenkomponenten waren ein Reaktionsrad, ein Entladeregler, Magnetspulen, bestehend aus einer Ferritkernspule und zwei Luftspulen, eine Abschlussleiterplatine und eine Batterie. Zur Evaluation des Diagnosesystems wurde die Energieversorgung des Qualifikationsmodells des SONATE-Nanosatelliten modelliert. F{\"u}r die Batterien, die Entladeregler, die Magnetspulen und die Reaktionsr{\"a}der wurden die vorher automatisch kalibrierten Modelle genutzt. F{\"u}r das Modell der Energieversorgung wurden Fehler simuliert und diese diagnostiziert. Die Ergebnisse der Evaluation der automatischen Kalibrierung waren, dass die automatische Kalibrierung eine mit der manuellen Kalibrierung vergleichbare Genauigkeit f{\"u}r den Testaufbau lieferte und diese sogar leicht {\"u}bertraf und dass die automatisch kalibrierten Satellitenkomponenten eine durchweg hohe Genauigkeit aufwiesen und damit f{\"u}r den Einsatz im Diagnosesystem geeignet waren. Die Ergebnisse der Evaluation des Diagnosesystems waren, dass die simulierten Fehler zuverl{\"a}ssig gefunden wurden und dass das Diagnosesystem in der Lage war die plausiblen Ursachen dieser Fehler zu diagnostizieren.},
  subject      = {Satellit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schiemenz2021,
  author    = {Schiemenz, Fabian},
  title     = {Covariance and Uncertainty Realism for Low Earth Orbiting Satellites via Quantification of Dominant Force Model Uncertainties},
  doi       = {10.25972/OPUS-24947},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-249474},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {The safety of future spaceflight depends on space surveillance and space traffic management, as the density of objects in Earth orbit has reached a level that requires collision avoidance maneuvers to be performed on a regular basis to avoid a mission or, in the context of human space flight, life-endangering threat. Driven by enhanced sensor systems capable of detecting centimeter-sized debris, megaconstellations and satellite miniaturization, the space debris problem has revealed many parallels to the plastic waste in our oceans, however with much less visibility to the eye. Future catalog sizes are expected to increase drastically, making it even more important to detect potentially dangerous encounters as early as possible. Due to the limited number of monitoring sensors, continuous observation of all objects is impossible, resulting in the need to predict the orbital paths and their uncertainty via models to perform collision risk assessment and space object catalog maintenance. For many years the uncertainty models used for orbit determination neglected any uncertainty in the astrodynamic force models, thereby implicitly assuming them to be flawless descriptions of the true space environment. This assumption is known to result in overly optimistic uncertainty estimates, which in turn complicate collision risk analysis. The keynote of this doctoral thesis is to establish uncertainty realism for low Earth orbiting satellites via a physically connected quantification of the dominant force model uncertainties, particularly multiple sources of atmospheric density uncertainty and orbital gravity uncertainty. The resulting process noise models are subsequently integrated into classical and state of the art orbit determination algorithms. Their positive impact is demonstrated via numerical orbit determination simulations and a collision risk assessment study using all non-restricted objects in the official United States space catalogs. It is shown that the consideration of atmospheric density uncertainty and gravity uncertainty significantly improves the quality of the orbit determination and thus makes a contribution to future spaceflight safety by increasing the reliability of the uncertainty estimates used for collision risk assessment.},
  subject      = {Space Debris},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wojtkowiak2018,
  author    = {Wojtkowiak, Harald},
  title     = {Planungssystem zur Steigerung der Autonomie von Kleinstsatelliten},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163569},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Der Betrieb von Satelliten wird sich in Zukunft gravierend {\"a}ndern. Die bisher ausge{\"u}bte konventionelle Vorgehensweise, bei der die Planung der vom Satelliten auszuf{\"u}hrenden Aktivit{\"a}ten sowie die Kontrolle hier{\"u}ber ausschließlich vom Boden aus erfolgen, st{\"o}ßt bei heutigen Anwendungen an ihre Grenzen. Im schlimmsten Fall verhindert dieser Umstand sogar die Erschließung bisher ungenutzter M{\"o}glichkeiten. Der Gewinn eines Satelliten, sei es in Form wissenschaftlicher Daten oder der Vermarktung satellitengest{\"u}tzter Dienste, wird daher nicht optimal ausgesch{\"o}pft. Die Ursache f{\"u}r dieses Problem l{\"a}sst sich im Grunde auf eine ausschlaggebende Tatsache zur{\"u}ckf{\"u}hren: Konventionelle Satelliten k{\"o}nnen ihr Verhalten, d.h. die Folge ihrer T{\"a}tigkeiten, nicht eigenst{\"a}ndig anpassen. Stattdessen erstellt das Bedienpersonal am Boden - vor allem die Operatoren - mit Hilfe von Planungssoftware feste Ablaufpl{\"a}ne, die dann in Form von Kommandosequenzen von den Bodenstationen aus an die jeweiligen Satelliten hochgeladen werden. Dort werden die Befehle lediglich {\"u}berpr{\"u}ft, interpretiert und strikt ausgef{\"u}hrt. Die Abarbeitung erfolgt linear. Situationsbedingte {\"A}nderungen, wie sie vergleichsweise bei der Codeausf{\"u}hrung von Softwareprogrammen durch Kontrollkonstrukte, zum Beispiel Schleifen und Verzweigungen, {\"u}blich sind, sind typischerweise nicht vorgesehen. Der Operator ist daher die einzige Instanz, die das Verhalten des Satelliten mittels Kommandierung, per Upload, beeinflussen kann, und auch nur dann, wenn ein direkter Funkkontakt zwischen Satellit und Bodenstation besteht. Die dadurch m{\"o}glichen Reaktionszeiten des Satelliten liegen bestenfalls bei einigen Sekunden, falls er sich im Wirkungsbereich der Bodenstation befindet. Außerhalb des Kontaktfensters kann sich die Zeitschranke, gegeben durch den Orbit und die aktuelle Position des Satelliten, von einigen Minuten bis hin zu einigen Stunden erstrecken. Die Signallaufzeiten der Funk{\"u}bertragung verl{\"a}ngern die Reaktionszeiten um weitere Sekunden im erdnahen Bereich. Im interplanetaren Raum erstrecken sich die Zeitspannen aufgrund der immensen Entfernungen sogar auf mehrere Minuten. Dadurch bedingt liegt die derzeit technologisch m{\"o}gliche, bodengest{\"u}tzte, Reaktionszeit von Satelliten bestenfalls im Bereich von einigen Sekunden. Diese Einschr{\"a}nkung stellt ein schweres Hindernis f{\"u}r neuartige Satellitenmissionen, bei denen insbesondere nichtdeterministische und kurzzeitige Ph{\"a}nomene (z.B. Blitze und Meteoreintritte in die Erdatmosph{\"a}re) Gegenstand der Beobachtungen sind, dar. Die langen Reaktionszeiten des konventionellen Satellitenbetriebs verhindern die Realisierung solcher Missionen, da die verz{\"o}gerte Reaktion erst erfolgt, nachdem das zu beobachtende Ereignis bereits abgeschlossen ist. Die vorliegende Dissertation zeigt eine M{\"o}glichkeit, das durch die langen Reaktionszeiten entstandene Problem zu l{\"o}sen, auf. Im Zentrum des L{\"o}sungsansatzes steht dabei die Autonomie. Im Wesentlichen geht es dabei darum, den Satelliten mit der F{\"a}higkeit auszustatten, sein Verhalten, d.h. die Folge seiner T{\"a}tigkeiten, eigenst{\"a}ndig zu bestimmen bzw. zu {\"a}ndern. Dadurch wird die direkte Abh{\"a}ngigkeit des Satelliten vom Operator bei Reaktionen aufgehoben. Im Grunde wird der Satellit in die Lage versetzt, sich selbst zu kommandieren. Die Idee der Autonomie wurde im Rahmen der zugrunde liegenden Forschungsarbeiten umgesetzt. Das Ergebnis ist ein autonomes Planungssystem. Dabei handelt es sich um ein Softwaresystem, mit dem sich autonomes Verhalten im Satelliten realisieren l{\"a}sst. Es kann an unterschiedliche Satellitenmissionen angepasst werden. Ferner deckt es verschiedene Aspekte des autonomen Satellitenbetriebs, angefangen bei der generellen Entscheidungsfindung der T{\"a}tigkeiten, {\"u}ber die zeitliche Ablaufplanung unter Einbeziehung von Randbedingungen (z.B. Ressourcen) bis hin zur eigentlichen Ausf{\"u}hrung, d.h. Kommandierung, ab. Das Planungssystem kommt als Anwendung in ASAP, einer autonomen Sensorplattform, zum Einsatz. Es ist ein optisches System und dient der Detektion von kurzzeitigen Ph{\"a}nomenen und Ereignissen in der Erdatmosph{\"a}re. Die Forschungsarbeiten an dem autonomen Planungssystem, an ASAP sowie an anderen zu diesen in Bezug stehenden Systemen wurden an der Professur f{\"u}r Raumfahrttechnik des Lehrstuhls Informatik VIII der Julius-Maximilians-Universit{\"a}t W{\"u}rzburg durchgef{\"u}hrt.},
  subject      = {Planungssystem},
  language  = {de}
}