Die Entwicklung des Flying Laptop macht große Fortschritte. Seit April wird im Reinraum des Instituts für Raumfahrtsysteme fleißig an der 'flachen' Version des Satelliten, dem so genannten Flatsat gearbeitet. Mit der Fertigstellung des Bordrechner Flugmodells ist es nun möglich, alle Geräte zur Interaktion zu bringen. Dies wurde bereits mit einem Großteil der Lageregelungskomponenten getan. Schrittweise wird dabei jede Komponente in den Versuchsaufbau integriert und ihre Kommunikation mit dem Bordrechner elektrisch sowie auf Softwareebene getestet.

Um alle Geräte mit dem Bordrechner sowie der Energieversorgungseinheit zu verbinden, wird der bereits für die Kabelweganalyse hergestellte Kabelbaum-Prototyp eingesetzt. Dieser stimmt bis auf kleine Details mit dem späteren Kabelbaum-Flugmodell überein. Gesteuert wird der gesamte Aufbau dann durch Verwendung des Missionskontrollsystems, welches auch später beim Betrieb des Satelliten im Orbit eingesetzt wird. Damit soll nicht nur die Elektronik an Bord, sondern auch der gesamte Kommandierungsweg sowie die Datenbank am Boden in die Tests mit einbezogen werden.

Der erste Meilenstein wird in den kommenden Wochen mit dem Abschluss der Tests aller Lageregelungskomponenten erreicht sein. Zu diesen Tests zählt unter anderem die Ansteuerung der Reaktionsräder sowie der Empfang von GPS Signalen mithilfe des bordeigenen GPS Empfängers. Anschließend soll das Stromversorgungssystem auf Herz und Nieren getestet werden. Dabei liegt der Fokus vor allem auf dem Laden und Entladen der Batterie. Abschließend gilt es dann die Nutzlast, ähnlich wie das Lageregelungssystem zuvor, auf seine Kompatibilität mit dem Bordrechner zu testen. Mit dem Abschluss der Flatsatkampagne kann dann der Einbau aller Komponenten in die Hauptstruktur des Satelliten beginnen.

The DDS has for objective to send the payload data to the IRS ground station in Stuttgart in S-Band amateur frequencies.
It is composed of two cold redundant transmitters which can be commutated using a switch feeding a single horn antenna.
After one year of development, the Data Downlink System (DDS) transmitter engineering model (EM) has been built together with the Switch PFM for qualification. Both have been put into a vacuum chamber in order to be subjected to the environmental constraint of the FLP's orbit.
This constraint is not only vacuum, but also temperature changes and differences due to a large amount of conditions such as the satellite's orbit, attitude, and the heat generation of the components itself.
The DDS has to be functional under these different constraints, and thus functional tests have been performed at maximums and minimums of the thermal cycles.
Eight temperature cycles were performed, one non-operational cycle from -30°C to 75°C and seven operational cycles from -30°C to 70°C.
To verify the functionality of the transmitter, a specific bit pattern is sent to the transmitter. After being modulated by the transmitter, it is sent to a signal analyzer which demodulates the signal as a bit pattern. This bit pattern can then be compared to the initial pattern. The signal analyzer also gives information about the signal quality and power.
Unfortunately, one of the thermal sensors within the transmitter failed during one of the operational cycles. The test was nevertheless continued, as three other thermal sensors were available within the transmitter. The reason of the thermal sensor failure will be investigated after the tests.
As the output power of the transmitter also depends on its temperature, the output power has been measured at different levels of temperature. This will help to configure the transmitter during operations to obtain signal quality required by the link budget.

The Transmitter EM (on the right) and Switch PFM (on the left)
mounted in the vacuum chamber copper plate

The next qualification step for the transmitter and switch will be the vibration test which will be performed on a shaker. Both components will be tested separately as they don't need to be operational during this test.

Nach einigen Designänderungen an der IO-Board Einheit sind inzwischen alle Komponenten des FLP Bordrechners im IRS Integrationsraums vorhanden: Der speziell angefertigte interene Kabelbaum, zwei Prozessorplatinen, zwei I/O-Platinen, zwei Kommunikationsplatinen sowie die beiden selbstgefertigen Energieversorgungsplatinen. Damit kann der Bordrechner zusammengebaut werden und ist bereit für die Flatsat-Testkampagne. Auf dem Bild sieht man den Bordrechner (links) neben der Energiekontrolleinheit des Satelliten. Zusammen ergeben sie die neu entwickelte "Combined Data and Power Management Infrastructure (CDPI)".

Da alle relevanten Subsysteme nun aus Schnittstellen-Sicht ihren finalen Status erreicht haben, konnten wir in der letzten Woche auch das Engineering Modell (EM) des Satelliten-Kabelbaums, den sogenannten EM Harness, fertigstellen.

Die Validierung des thermalen Modells sowie die Qualifikation des strukturellen Konzepts erfolgte im Flying Laptop Projekt anhand eines Struktur-Thermal-Modells (STM). Dieses Modell besteht aus den Protoflight-Komponenten der Satellitenhauptstruktur und zum größten Teil aus Komponentendummys, deren strukturelle wie auch thermale Eigenschaften die der realen Satellitenkomponenten repräsentieren. Mit Hilfe dieses Modells war es möglich, die korrekte Funktionsweise der entwickelten Konzepte zu zeigen bzw. Anpassungen zur realitätsnäheren Simulation und verbesserten Leistungsfähigkeit zu finden.

Das Struktur-Thermal-Modell des Flying Laptop wurde fertiggestellt und ist damit bereit für den Transport nach Belgien zum Centre Spatial Liège (CSL), wo es bis Ende Februar Umwelttests in einer Thermal-Vakuum-Kammer und auf einem Shaker unterzogen wird.

Das Struktur-Thermal-Modell dient zur Validierung der strukturellen und thermalen Simulationen und stellt damit einen Meilenstein in der Entwicklung des Flying Laptop da.

Das Hinzukommen von Ulrich Mohr als Entwickler der Onboard-Software trägt erste Früchte:
Der erste Onboard-Software Release für den sogenannten FlatSat ist veröffentlicht worden. Bei dem FlatSat handelt es sich um eine Zusammenschaltung sämtlicher Satellitenkomponenten auf einem Tisch, bei dem das elektrische Zusammenspiel getestet wird.

Damit wurde auch ein erster Durchlauf des in der Abbildung dargestellten Entwicklungsprozesses erfolgreich abgeschlossen. Dieser sieht vor, die jeweils wichtigsten und dringlichsten Softwareelemente in inkrementellen Einheiten zu entwickeln und in jeweils lauffähigen Releases zu veröffentlichen.

Der aktuelle Release ist in der Lage, Kommandos von der Bodenstation zu empfangen und an die Power Control and Distribution Unit (PCDU) weiter zu leiten. Die Antworten der PCDU können innerhalb der Software entpackt, oder alternativ zum Boden weitergeleitet werden.
Des weiteren kann aus den verfügbaren On-Board Parametern Housekeeping Telemetry generiert und heruntergeladen werden. Außerdem werden alle Telekommandos korrekt verifiziert.
Diese Funktionalitäten sind erforderlich, um die erste Stufe des FlatSats zu testen. In dieser Stufe wird zunächst der Onboard Computer (OBC) an die PCDU und die Batterie angeschlossen.

Mit den kommenden Releases werden zusätzliche Geräte ansteuerbar sein. Dazu soll parallel der Entwicklungsprozess weiter optimiert werden.

Vor zwei Wochen wurde neben der Batterie auch der Nutzlastrechner (PLOC) den mechanischen Tests (Sinus und Random) unterzogen. Dabei wurden sowohl das Gehäuse als auch sämtliche Platinen und Verbindungen im inneren den Vibrationen ausgesetzt.

Das Engineering Model (EM) der Batterie für den Flying Laptop wurde in den letzten Wochen und Monaten aufgebaut und ist nun fertiggestellt. Auf der Abbildung erkennt man die drei Strings und die Batteriemanagementelektronik.

AIS. Diese drei Buchstaben stehen für das „Automatic Identification System“. Seit 2004 müssen alle Schiffe, die größer als 300 Bruttoregistertonnen sind, einen AIS Transmitter an Board haben. Dieser Transmitter sendet auf zwei Frequenzen in einem regulären Zeitintervall Navigationsdaten. Diese Daten bestehen unter anderem aus der aktuellen Schiffsposition, der Schiffsidentifizierung und dem Zielhafen.

Das Institut für Raumfahrtsysteme des DLR aus Bremen hat einen AIS Empfänger entwickelt der diese AIS Signale von einem Satelliten im niedrigen Erdorbit aus empfangen kann. Die dazugehörige Antenne ist während dem Start aufgewickelt und wird im Orbit mittels eines Schmelzelementes entfaltet.

Trotz fortgeschrittenem Projektstatus ist es uns doch gelungen den genügsamen AIS Empfänger samt Antenne in dem Satelliten unterzubringen.

The DDS (Data Downlink System) is a system belonging to payload which has for objective to transfer the Flying Laptop‘s payload data to the IRS ground station or other potential ground stations. It is mainly composed of two transmitters, a switch and an antenna which will emit a signal into free space to the Ground Station (GS).

The first tests have been done during the past weeks on the DDS transmitter breadboard. The transmitter shall generate a modulated signal in order to transmit the payload data to the antenna in amateur S-Band RF frequencies.
The breadboard of the transmitter is a model which only contains the electronic components of the transmitter (no housing) to demonstrate the functionality of the design.
The first tests were functional tests to verify the electrical characteristics of the transmitter components. One of these tests was the inrush-current test, which specifies the inrush current peaks parameters as well as defines the power consumption and the maximum currents required by the transmitter.

The DDS transmitter inrush-current test bench

The next tests will be environmental tests which are planned for the next weeks. These tests have the objective to demonstrate the ability of the DDS transmitter electronic components to withstand a vacuum environment as well as different thermal constraints from low to high temperatures.

Die Lageregelungsalgorithmik, welche ihre Leistungsfähigkeit bisher ausschließlich in Matlab/Simulink unter Beweis stellen konnte, wurde nun in die Onboard Software des Flying Laptop integriert. Dabei mussten einige technische Herausforderungen, wie z.B. die korrekte Konvertierung des Matlab Codes in C++, die Programmiersprache der Onboard Software, in Angriff genommen werden. Ein weiterer Punkt war die Weiterentwicklung der Device-Funktionen, um die von den Lagereglern benötigten Sensordaten zur richtigen Zeit und korrekt abzurufen. Außerdem ist die Onboard Software nun in der Lage, die beiden Aktuatorsysteme, die magnetischen Torquer sowie die Reaktionsräder, anzusteuern. Die Durchführung der ersten Tests ist somit die erste Bewährungsprobe für den neuartigen Bordrechner des Flying Laptop.

Das Video zeigt eine Aufnahme, welche während eines Simulationslaufs mit dem realen Bordrechner und einer vorläufigen Version der Onboard Software aufgezeichnet wurde. Der Satellit befindet sich dabei im Target Pointing Mode und richtet sich eigenständig auf die Bodenstation des IRS in Stuttgart aus. Diese Überflüge über die Bodenstation werden auch im späteren Betrieb des Satelliten das Tagesgeschäft bestimmen. Sie dienen beispielsweise dazu, Daten mithilfe des Data Downlink Systems zur Bodenstation zu übertragen.

Während des simulierten Überflugs legte der Flying Laptop die oben gezeigte Bodenspur über der Erde zurück.

Seit Mitte 2011 steht in der MDVE ein funktionales System Test Bed (STB) für die funktionale Verifikation der Komponenten des Bordrechner des Flying Laptop sowie die erste Inbetriebnahme der Gesamtkette vom Missionskontrollsystem bis hin zum Bordrechner. Dieses STB beinhaltete das Ingenieurmodell (EM) der Rechnerplatine selbst, sowie ein funktionales, sogenanntes "Bread-Board" Modell (BBM) der Kommunikationsplatine und ein weiteres "Bread-Board" Modell für die Schnittstellenplatine. Die BBMs wurden jetzt durch die EMs ersetzt.                        

Die Mehrschichtisolation (MLI) des Flying Laptop, die für den Struktur-Thermal-Test des Satelliten eingesetzt wird, ist fertig gestellt worden.