Ops-Sat

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Ops-Sat
Phase: F / Status: beendet

Engineering-Modell von Ops-Sat auf einem Teststand der TU Graz
Typ experimenteller Satellit
Organisation ESA / TU Graz
COSPAR-Bezeichnung 2019-092F
NORAD/SCN-ID 44878
Missionsdaten
Startdatum 18. Dezember 2019
Startplatz Raumfahrtzentrum Guayana, ELS
Trägerrakete Sojus-2.1a, Flug VS23
Missionsdauer 1617 Tage
Enddatum 22. Mai 2024
Bahndaten
Bahnhöhe ursprünglich 515 km
Umlaufzeit 94,9 min
Apogäum 515 km
Perigäum 515 km
Bahnneigung 98,2°
Allgemeine Raumfahrzeugdaten
Startmasse 4,6 kg
Abmessungen 30 × 10 × 10 cm
Hersteller TU Graz
Spezifische Raumfahrzeugdaten
Stabilisation Dreiachsen-Lageregelung
Elektrische Leistung 24 W
Antriebssystem keines
Nutzlastdaten
Satellitenbus 3U-Cubesat
Instrumente
Transponder/-leistung S-Band, X-Band, UHF
Sonstiges
18.12.2019 Start von Kourou
2021 Softwareupdate zur Umgehung eines Speicherdefekts
22.05.2024 Wiedereintritt in die Erdatmosphäre

Ops-Sat (kurz für Operations Satellite,[1] „Betriebssatellit“, stilisiert OPS-SAT) war ein Technologieerprobungssatellit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) im CubeSat-Format. Der Satellit wurde von der Technischen Universität Graz (TU Graz) im Auftrag der ESA entwickelt und gebaut. Am 18. Dezember 2019 wurde er von Arianespace gestartet. Die Mission diente zur Erprobung neuer Software-, Kommunikations- und Betriebskonzepte für Raumfahrzeuge.[2]

Ops-Sat wurde vom Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt betrieben und war der erste Kleinsatellit im direkten Besitz der ESA.[3] Am 22. Mai 2024 trat der Satellit nach rund viereinhalb Jahren Betriebszeit planmäßig in die Erdatmosphäre ein und verglühte.[4]

Konzept und Architektur

Ops-Sat wurde als rekonfigurierbare Software- und Hardware-Experimentierplattform konzipiert. Ziel der Mission war es, universitären und kommerziellen Entwicklern eine risikofreie Testumgebung im Erdorbit bereitzustellen, bei der Softwarefehler in den Testanwendungen die grundlegenden Satellitenfunktionen nicht gefährden konnten.[3]

Die Systemarchitektur war dafür funktional in zwei isolierte Bereiche gegliedert:

  • Satellitenbus: Dieser basierte primär auf kommerziell verfügbaren Standardkomponenten (Commercial off-the-shelf, COTS) und übernahm grundlegende Aufgaben wie Energieversorgung, Dreiachsen-Lageregelung und die primäre Kommunikation.
  • Experimentierplattform: Kernstück war die Satellite Experimental Processing Platform (SEPP), ein experimenteller Bordrechner mit zwei ARM-Cortex-A9-Prozessorkernen und einem Cyclone-V-FPGA. Als Laufzeitumgebung wurde ein eingebettetes Linux-Betriebssystem verwendet.[5]

Die Softwarearchitektur basierte auf dem von der ESA und der TU Graz entwickelten NanoSat MO Framework (NMF). Dieses implementierte die standardisierten Mission Operations Services des CCSDS und stellte Entwicklern ein Software Development Kit (SDK) bereit. Dadurch konnten Anwendungen ähnlich wie Smartphone-Apps auf den Satelliten übertragen und dort ausgeführt werden.[6][7]

Nutzlasten und Kommunikationssysteme

Der Satellit verfügte über mehrere experimentelle Nutzlasten und Subsysteme, die im Rahmen der freigegebenen Experimente angesteuert werden konnten:[5][8]

  • Erdbeobachtungskamera: Ermöglichte Aufnahmen mit einer Bodenauflösung von bis zu 80 Metern pro Pixel.
  • GPS-Empfänger: Zur Positionsbestimmung und Erprobung von autonomen Navigationsalgorithmen.
  • Software Defined Radio (SDR): Ein programmierbares Funksystem zur Analyse von Signalen im Orbit sowie zum Testen variabler Modulationsverfahren.
  • Optischer Kommunikationssensor: Ein Empfangssystem zur Untersuchung optischer Uplinks (Laserkommunikation) vom Boden mit einer nominellen Datenrate von 2 kbit/s.
  • Kommunikationsbänder: S-Band (Hauptverbindung, Uplink bis zu 256 kbit/s, Downlink bis zu 1 Mbit/s), ein X-Band-Transmitter für hohe Nutzlastdatenraten von bis zu 50 Mbit/s sowie ein UHF-System als Backup.

Missionsverlauf

Ops-Sat startete am 18. Dezember 2019 als Sekundärnutzlast gemeinsam mit dem Weltraumteleskop CHEOPS an Bord einer Sojus-2.1a-Trägerrakete vom Raumfahrtzentrum Guayana aus in eine sonnensynchrone Umlaufbahn.[2]

Anfang 2021 fiel eine der beiden redundanten Prozessorplattformen aus, während der Arbeitsspeicher (RAM) der verbleibenden Plattform einen physischen Defekt aufwies. Das Entwicklungsteam der TU Graz konfigurierte den verbleibenden Prozessor softwareseitig so um, dass der beschädigte RAM-Bereich isoliert und auf einen unbeschädigten, ursprünglich nicht für diesen Zweck vorgesehenen Speicherbereich ausgewichen wurde. Der Satellit blieb dadurch betriebsbereit.[9]

Im Verlauf der Mission wurden über 250 Experimente von mehr als 100 Unternehmen und Institutionen aus 17 Ländern durchgeführt. Zu den erprobten Softwaretechnologien gehörten:[9][5]

  • Die automatische Bildanalyse und autonome Bordverarbeitung mittels künstlicher neuronaler Netze,
  • Die tägliche Rekonfiguration des integrierten FPGAs im laufenden Betrieb,
  • Experimente zur Cybersicherheit und zur Detektion terrestrischer Funkstörsignale über das SDR,
  • Die Ausführung des Computerspiels Doom auf der Linux-Ebene zur Demonstration der Flexibilität und Stabilität der Laufzeitumgebung.[10]

Der Satellit verglühte am 22. Mai 2024 planmäßig beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. Bis kurz vor dem Signalabriss wurden UHF-Telemetriedaten gesammelt, um mathematische Modelle für den atmosphärischen Wiedereintritt zu kalibrieren.[9]

Auszeichnungen

Im März 2023 verlieh die ESA – zusammen mit weiteren Raumfahrtorganisationen[11] – ihrem Ops-Sat-Mission-Control-Team den International SpaceOps Award for Outstanding Achievement.[12]

Einzelnachweise

  1. ↑ Innovative nanosat will test space software. ESA, abgerufen am 12. Juni 2026.
  2. ↑ a b OPS-SAT. ESA, 27. April 2017, abgerufen am 21. Januar 2024 (englisch).
  3. ↑ a b David Evans, Georges Labrèche, Tom Mladenov, Dominik Marszk, Vladimir Zelenevskiy, Vasundhara Shiradhonkar: OPS-SAT LEOP and Commissioning: Running a Nanosatellite Project in a Space Agency Context. In: Small Satellite Conference. Logan, Utah 2022 (englisch, researchgate.net [abgerufen am 21. Januar 2024]).
  4. ↑ Mission complete for ESA's OPS-SAT flying laboratory. ESA, 23. Mai 2024, abgerufen am 2. Juni 2026 (englisch).
  5. ↑ a b c OPS-SAT (Operations Satellite). eoPortal (ESA), 31. Mai 2012, abgerufen am 2. Juni 2026 (englisch).
  6. ↑ NanoSat MO Framework. Abgerufen am 19. Dezember 2017 (englisch).
  7. ↑ Cesar Coelho, Otto Koudelka, Mario Merri: NanoSat MO Framework: When OBSW turns into apps. In: 2017 IEEE Aerospace Conference. 2017, ISBN 978-1-5090-1613-6, S. 1–8, doi:10.1109/AERO.2017.7943951 (englisch).
  8. ↑ OPS-SAT Experimenter Overview. ESA, 20. Juni 2017, abgerufen am 19. Dezember 2017 (englisch).
  9. ↑ a b c OPS-SAT: Austrian Mini-Satellite burns up after successful mission. TU Graz, abgerufen am 2. Juni 2026 (englisch).
  10. ↑ OPS-SAT - ESOC. ESA / ESOC, abgerufen am 2. Juni 2026 (englisch).
  11. ↑ https://www.spaceops.org/home/executive-members/
  12. ↑ OPS-SAT Flying Laboratory Wins 2023 International SpaceOps Award. ESA, abgerufen am 21. Januar 2024 (englisch).

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