Flying Laptop
Projektleitung, Professur Satellitentechnik

Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Sekretariat
Prof. Klinkner

Annegret Möller


Institut für Raumfahrtsysteme
Pfaffenwaldring 29
70569 Stuttgart


 

 
Unsere Partner

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Systemsimulation und Verifikation

Dem Institut für Raumfahrtsysteme steht eine Satellitensimulationsumgebung mit einer vollständigen Kommandierungskette zur Verfügung. Diese besteht aus diversen Entwicklungsboards zum Testen der Onboard Software, einem Echtzeitsimulator zur Simulation von Raumfahrzeugen, einem Missionskontrollsystem und einem System zur automatischen Ausführung von Flug- und Testprozeduren. Desweiteren wurde eine 3D Visualisierungsanlage implementiert. Als erstes Projekt des Stuttgarter Kleinsatellitenprogramms wird der Flying Laptop in dieser Umgebung simuliert um Kontrollalgorithmen und die Bordrechnersoftware bereits testen zu können, bevor die entsprechende Hardware verfügbar ist. Auch Hardware-in-the-Loop Tests können mithilfe dieser Umgebung durchgeführt werden. Die Komponenten dieser Kommandierungskette erfüllen Industriestandards, wovon Studenten, die über studentische Arbeiten mit diesen Komponenten umgehen, profitieren. Den Studenten stehen also echte Industriewerkzeuge zur Verfügung. Die gezeigte Abbildung stellt die Architektur einer solchen Infrastruktur dar.

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Der Echtzeitsimulator stellt das Herz dieser Simulationsumgebung dar und wurde von Airbus DS bereitgestellt. Die Bordrechnersoftware läuft entweder auf einem der FPGA Entwicklungsboards oder einem Entwicklungsmodell des Bordrechners. Sowohl der Simulator als auch die Bordrechnersoftware auf dem Entwicklungsboard können über das ESA Missionskontrollsystem SCOS-2000 gesteuert werden, welches später für die Bodenstation des Instituts verwendet wird. Satellitentest- und Flugprodzeduren können mit Hilfe der Computersoftware MOIS bearbeitet und automatisch ausgeführt werden. Dieses System wurde von Rhea zur Verfügung gestellt und ermöglicht die automatisierte Ausführung von Tests. Letztendlich wird der Satellit als 3D Objekt mit der quelloffenen Software Celestia in seinem momentanen Flugzustand angezeigt. Der komplette Aufbau wird unten gezeigt.

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Tests zeigten, dass die Satellitensimulationsumgebung, verglichen mit anderen Simulationen (z.B. mithilfe von Matlab), sehr genau arbeitet. Studien- und Diplomarbeiten sind in verschiedenen Betätigungsfeldern vorhanden. Ansprechpartner hierzu ist Nico Bucher.

 

Systemsimulation Software:

Aonix Ameos

Alle in der Systemsimulation verwendeten Komponentenmodelle, z.B. für Sensoren und Aktuatoren, werden mit der Programmiersprache C++ abgebildet. Da sämtliche Modelle die gleiche Grundstruktur haben, wird ein Codegenerator benutzt, der den Rohcode erzeugt. Um mit dem Codegenerator auch bereits die benötigten Variablen und Methoden zu erstellen, werden diese in UML-Klassendiagrammen definiert und daraus miterzeugt. Die UML-Klassendiagramme können mit der von Aonix bereitgestellten Software Ameos erstellt und bearbeitet werden.

http://www.aonix.com/ameos.html

 

Eclipse Galileo

Die nun erzeugten C++ Quelldateien werden mit der Software Eclipse Galileo bearbeitet und mit der funktionalen Algorithmik gefüllt, die das Verhalten der jeweiligen Komponente wiedergibt. Eclipse bietet neben der komfortablen Verknüpfung von Entwicklung, Kompilierung, Fehlersuche und Darstellung des Quelltextes auf einer grafischen Benutzeroberfläche eine hervorragende Handhabung zur Versionsverwaltung mit CVS und SVN, was in der Entwicklung ausgiebig genutzt wird.

http://www.eclipse.org/

 

SCOS-2000

Sowohl zur Kommandierung des Simulators und der damit verbundenen Onboard Software wie auch zur komfortablen und direkten Anzeige von Telemetrie während eines Simulationslaufes wird das Missionskontrollsystem SCOS-2000 genutzt. Diese von der ESA entwickelte Software wird auch später zur Kommandierung des realen Satelliten im All genutzt. SCOS-2000 kann mit einem eigens dafür entwickelten Proxy sowohl mit dem Simulator wie auch der daran angekoppelten Onboard-Software verbunden werden.

http://www.egos.esa.int/portal/egos-web/products/MCS/SCOS2000/

 

MOIS

Zur automatischen Ansteuerung des Missionskontrollsystems wird die von Rhea entwickelte Software MOIS (Manufacturing and Operations Information System) genutzt. Diese ermöglicht die Erstellung von Prozedurlogik und deren Füllung mit aus SCOS-2000 importierten Telekommados und Telemetrie. Die Testprozeduren können schließlich auch ausgeführt werden. Da MOIS in der Lage ist, auf Telemetrie zu reagieren, kann der Operator während Simulationen durch das Programm ersetzt werden.

http://www.rheagroup.com/index__products.htm

 

Celestia

Um Position, Lage und Bewegung des simulierten Satelliten nicht nur anhand der Diagramme in SCOS-2000 interpretieren zu können, wird das Programm Celestia genutzt. Durch Konvertierung des entsprechenden CATIA-Modells und Import nach Celestia kann der Satellit in seiner simulierten Lage und Position dreidimensional dargestellt werden. Dies wird durch Übergabe der jeweiligen Parameter des Simulators an Celestia verwirklicht. Das Programm ermöglicht so eine 3D live Visualisierung.

http://www.shatters.net/celestia/