Smartphone-Technologie bringt mehr Rechenleistung für Satelliten – Parabolic Arc

• Das DLR entwickelt verteilte und heterogene eingebettete Computer für zukünftige Weltraummissionen.
• Kombination aus handelsüblichen, strahlungsresistenten Prozessoren, die sich gegenseitig überwachen und im Fehlerfall Aufgaben neu verteilen.
• Erfolgreiche Erfahrungen mit Erdbeobachtungsdaten auf einem ESA-Testsatelliten.
• Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Technik

KÖLN, Deutschland (DLR PR) — Zuverlässige und leistungsstarke Computer spielen eine zentrale Rolle in der Raumfahrt: Computersysteme auf Satelliten beispielsweise ermöglichen anspruchsvolle Erdbeobachtungsmissionen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt eine neue Rechnerarchitektur, die sogenannte On-Board-Computer (OBCs) mit mehr Leistung versorgen und ihnen auch die Möglichkeit geben soll, sich selbst zu reparieren. Im Rahmen des Flugexperiment-Projekts ScOSA (Scalable On-Board Computing for Space Avionics) werden verteilte heterogene OBCs entwickelt. Sie haben verschiedene Computerknoten in einem Netzwerk verbunden.

Eine allgemeine Herausforderung für Computersysteme in Satelliten besteht darin, dass kosmische Strahlung Computer stören kann. „Wenn ein Strahlungsteilchen einen Speicher passiert, kann es dort eine Null in eine Eins verwandeln“, erklärt Projektleiter Daniel Lüdtke vom DLR-Institut für Software Die Technik im Braunschweig . Letztendlich kann das System sogar ausfallen oder falsche Ergebnisse liefern. Für die Raumfahrt stehen daher strahlungsresistente Prozessoren zur Verfügung. Diese sind jedoch sehr teuer und haben wenig Rechenleistung. Andererseits sind Prozessoren, wie sie für Smartphones verwendet werden, sehr leistungsfähig und auch günstiger. Sie sind jedoch viel empfindlicher gegenüber kosmischer Strahlung. ScOSA kombiniert beide Arten von Prozessoren in einem einzigen System.

Tests auf der Testplattform OPS-SAT im erdnahen Orbit

Die Software erkennt Fehler und Ausfälle und steuert den Rechner. „Programme, die auf einem defekten Prozessor laufen, werden automatisch über das Netzwerk auf andere Prozessoren übertragen“, erklärt Daniel Lüdtke. Während dieser Zeit arbeitet der Satellit weiter. Die Software startet dann den Prozessor neu und integriert ihn wieder in das System.

Ein Experiment auf dem Satelliten hat nun gezeigt, dass es funktioniertSAT-OPSvon der Europäischen WeltraumorganisationESAShow. „Der kleine 30 x 10 x 10 Zentimeter große Satellit mit einem Experimentalcomputer befindet sich seit Ende 2019 im erdnahen Orbit. OPS-SAT steht Forschern als vollständig offene Plattform zur Verfügung“, sagt Dave Evans, OPS – ESA. SAT-Projektleiter.

DLR-Wissenschaftler installierten und testeten erfolgreich die ScOSA-Software auf OPS-SAT mit der ESA. Dazu erstellte der Satellit Erdbeobachtungsbilder, verarbeitete sie und wertete sie mit künstlicher Intelligenz aus. Der Satellit überträgt dann nur noch verwertbare Bilder an eine Bodenstation. „Immer höher auflösende Sensoren und komplexe Algorithmen erfordern immer mehr Rechenleistung“, fasst Daniel Lüdtke die Soft- und Hardwareanforderungen zusammen. Ein größeres ScOSA-System aus handelsüblichen, strahlungsresistenten Prozessoren soll demnächst auf dem DLR-eigenen CubeSat getestet werden: Der Kleinsatellit soll Ende nächsten Jahres in den Orbit geschossen werden.

Entwicklung von Software für Weltraummissionen

Das Eingebettete Softwaresysteme Die Gruppe des DLR-Instituts für Softwaretechnologie ist an zahlreichen nationalen und internationalen Weltraummissionen beteiligt. Ein zentrales Forschungsthema ist die Entwicklung fehlertoleranter und sogenannter resilienter Software, die auf Fehler und Ausfälle reagieren kann. Das ScOSA Flight Experiment Project ist ein DLR-Forschungsprojekt, in dem das Institut für Softwaretechnik, die DLR-Institute für Raumfahrtsysteme u Optische Sensorsysteme so gut wie Raumflugbetrieb und DLR-Astronaut Ausbildung gehört dazu.