Robust, Flexible and Efficient Design for Miniature Satellite Systems

Moderne Kleinstsatelliten - Zwischen Robustheit, Flexibilität und Effizienz

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-136523
  • Small satellites contribute significantly in the rapidly evolving innovation in space engineering, in particular in distributed space systems for global Earth observation and communication services. Significant mass reduction by miniaturization, increased utilization of commercial high-tech components, and in particular standardization are the key drivers for modern miniature space technology. This thesis addresses key fields in research and development on miniature satellite technology regarding efficiency, flexibility, and robustness.Small satellites contribute significantly in the rapidly evolving innovation in space engineering, in particular in distributed space systems for global Earth observation and communication services. Significant mass reduction by miniaturization, increased utilization of commercial high-tech components, and in particular standardization are the key drivers for modern miniature space technology. This thesis addresses key fields in research and development on miniature satellite technology regarding efficiency, flexibility, and robustness. Here, these challenges are addressed by the University of Wuerzburg’s advanced pico-satellite bus, realizing a generic modular satellite architecture and standardized interfaces for all subsystems. The modular platform ensures reusability, scalability, and increased testability due to its flexible subsystem interface which allows efficient and compact integration of the entire satellite in a plug-and-play manner. Beside systematic design for testability, a high degree of operational robustness is achieved by the consequent implementation of redundancy of crucial subsystems. This is combined with efficient fault detection, isolation and recovery mechanisms. Thus, the UWE-3 platform, and in particular the on-board data handling system and the electrical power system, offers one of the most efficient pico-satellite architectures launched in recent years and provides a solid basis for future extensions. The in-orbit performance results of the pico-satellite UWE-3 are presented and summarize successful operations since its launch in 2013. Several software extensions and adaptations have been uploaded to UWE-3 increasing its capabilities. Thus, a very flexible platform for in-orbit software experiments and for evaluations of innovative concepts was provided and tested.show moreshow less
  • Miniaturisierte Satellitensysteme übernehmen zunehmend eine entscheidende Rolle in der fortschreitenden Globalisierung und Demokratisierung der Raumfahrt. Großes Innovationspotential und neue Kommerzialisierungschancen verspricht der effektive Einsatz von Kleinstsatelliten in zukünftigen fraktionierten Missionen für Erdbeobachtungs- und Kommunikationsanwendungen. Basierend auf vielen kleinen kooperierenden Systemen können diese Systeme zukünftig große multifunktionale Satelliten ergänzen oder ersetzen. Die Herausforderung bei derMiniaturisierte Satellitensysteme übernehmen zunehmend eine entscheidende Rolle in der fortschreitenden Globalisierung und Demokratisierung der Raumfahrt. Großes Innovationspotential und neue Kommerzialisierungschancen verspricht der effektive Einsatz von Kleinstsatelliten in zukünftigen fraktionierten Missionen für Erdbeobachtungs- und Kommunikationsanwendungen. Basierend auf vielen kleinen kooperierenden Systemen können diese Systeme zukünftig große multifunktionale Satelliten ergänzen oder ersetzen. Die Herausforderung bei der Entwicklung miniaturisierter Satellitensysteme ist die Gratwanderung zwischen der im Rahmen der Miniaturisierung notwendigen Effizienz, der für die Erfüllung der Mission geforderten Zuverlässigkeit und der wünschenswerten Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit zur Realisierung agiler Kleinstsatellitenserien. Diese Arbeit adressiert verschiedene Aspekte für den optimalen Entwurf robuster, flexibler und effizienter Kleinstsatelliten am Beispiel des UWE Pico-Satelliten Bus der Universität Würzburg. Mit dem Ziel der Entwicklung einer soliden Basisplattform für zukünftige Kleinstsatelliten-Formationen wurden entsprechende Designansätze im Rahmen des UWE-3 Projektes in einem integralen Designansatz konsistent umgesetzt. Neben der Entwicklung von effizienten Redundanzkonzepten mit minimalem Overhead für den optimalen Betrieb auf Ressourcen-limitierten Kleinstsatelliten wurde ein modularer Satellitenbus entworfen, der als eine robuste und erweiterbare Basis für zukünftige Missionen dienen soll. Damit realisiert UWE-3 eine der effizientesten Kleinstsatelliten-Architekturen die in den letzten Jahren in den Orbit gebracht wurde. Dargestellte Missionsergebnisse fassen den erfolgreichen Betrieb des Satelliten seit seinem Launch in Jahr 2013 zusammen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Stephan Busch
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-136523
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Referee:Prof. Dr. Klaus Schilling, Prof. Dr. Shinichi Nakasuka, Prof. Dr. Rees Fullmer
Date of final exam:2016/07/20
Language:English
Year of Completion:2016
Series (Serial Number):Würzburger Forschungsberichte in Robotik und Telematik (11)
ISBN:978-3-945459-10-2
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
GND Keyword:Fehlertoleranz; Kleinsatellit; Miniaturisierung; Modularität; Satellit
Tag:Picosatellite
CCS-Classification:B. Hardware / B.8 PERFORMANCE AND RELIABILITY (C.4) (NEW) / B.8.1 Reliability, Testing, and Fault-Tolerance (NEW)
Release Date:2016/09/26
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht