die operativen herausforderungen bei der weiterentwicklung von einzelsatellitenmissionen hin zu...

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DWT 2014 Die operativen Herausforderungen bei der

Weiterentwicklung von Einzelsatellitenmissionen hin zu

Konstellationsmission von Satelliten

Dipl.-Ing. Christian D.Bodemann

7/9/2014

© Telespazio VEGA Deutschland 10/09/2014 2

ÜBERSICHT

Einleitung

Operative Herausforderungen

Beispiel 1: Routinebetrieb

Beispiel 2: Notfallbetrieb

Beispiel 3: Konstellationserweiterung und Lebensphasen

Herausforderungen an einen Simulator

Zusammenfassung

DIE OPERATIVEN HERAUSFORDERUNGEN BEI DER

WEITERENTWICKLUNG VON EINZELSATELLITENMISSIONEN HIN

ZU KONSTELLATIONSMISSION VON SATELLITEN


EINLEITUNG

Hatte man in der jüngeren Vergangenheit immer mehr Instrumente auf

einen Satelliten eingebaut um möglichst viel Daten zu gewinnen (ENVISAT),

so gibt es in jüngster Zeit einen Trend hin zu Konstellationen von Satelliten.

Das hat enorme Vorteile hinsichtlich der Verfügbarkeit der Daten und des

Ausfallrisikos des Gesamtsystems.

Diese Vorteile haben aber auch Ihren Preis. Einen Satelliten zu betreiben

und das Personal dafür zu trainieren, ist eine Aufgabe, die mittlerweile

Routine ist. Der Betrieb einer Konstellation von Satelliten hingegen ist in

Europa weitgehend Neuland.

Diese Herausforderung gilt es zu meistern vor dem Hintergrund von

schrumpfenden Budgets und erwarteter Effizienzsteigerung auf der anderen

Seite.

Diese Herausforderung nicht zu meistern oder gar zu ignorieren kann sich

niemand leisten (KOSMOS / IRIDIUM) und führt im schlimmsten Fall dazu,

dass Missionen nicht erfolgreich durchgeführt und SSA Aktivitäten erweitert

werden müssen.

Langfristige Lageänderung





OPERATIVE HERAUSFORDERUNGEN

Es gibt Konstellationen in niedrigen (LEO) und mittleren Erdorbits (MEO).

(Geostationär stellt nicht wirklich eine Herausforderung dar)

Bei LEO-Konstellationen haben Bodenstationen kurze Kontaktzeiten mit

vielen Satelliten

Bei MEO-Konstellationen haben Bodenstationen zu vielen Satelliten zur

selben Zeit Kontakt

Satellitenkonstellationen sind nicht immer homogen, sie können aus

verschiedenen Satelliten bestehen

Routinebetrieb ist sehr dynamisch und muss gut vorgeplant sein

Notfallprozeduren können sehr kompliziert werden

Die Herausforderung besteht darin: Sind die Teamgröße, Qualifikation und

Betriebsplanung der Aufgabe gewachsen? Ist der Betrieb kosteneffektiv?

Die Herausforderung Satellitenkonstellation






Die Hauptaufgaben umfassen bei einem typischem Flugkontrollteam im

Wesentlichen:

Planung

Vorbereitung

Beobachtung

Betrieb bei Anomalien und Notfällen

Für einen einzelnen Satelliten sind all diese Aufgaben sind klar definiert und

man hat jede Menge Erfahrung. Im Falle einer Konstellation hat man aber mehr

als einen Satelliten und das hat einen Einfluss auf den Betrieb hinsichtlich:

Teamgröße

Betriebsmittelplanung und -verteilung

Konfigurationskontrolle

Und natürlich haben alle diese Punkte Einfluss auf die Kosten!

Hauptaufgaben






Es gibt drei Optionen, mit denen man die Kosten unter Kontrolle halten kann:

Automatisierung des Betriebs

Optimierung der Betriebsabläufe

Strenge Konfigurationskontrolle

Kosteneffizienz






Diese Maßnahmen können nur erfolgreich sein unter den folgenden

Bedingungen:

Ein hoch qualifiziertes und trainiertes Team, das Probleme erkennen und

lösen kann, die von den automatisierten Betriebsabläufen nicht erkannt und

gelöst werden können.

Validierte und getestete Betriebskonzepte und Prozesse

Die Möglichkeit Änderungen an den automatischen Prozessen validieren zu

können ohne die Nutzung der Satelliten oder einen Eingriff in die operativen

Betriebsabläufe.

Das erfordert eine Menge Vorbereitung, Tests und Training.

Für welche Fälle wäre ein Training nützlich ?

Einsatzbereit ?





BEISPIEL 1: ROUTINEBETRIEB

Während des Routinebetriebs sind

normalerweise mehrere Satelliten sichtbar, mit

denen kommuniziert werden kann.

Eine Antenne kann aber nur mit einem Satelliten

kommunizieren.

Die Kommunikation muss sequenziell erfolgen.

Die Nutzung der Bodeninfrastruktur muss daher

präzise vorausgeplant werden.

Der Übergang von einem Satelliten zum nächsten

muss klar definiert und trainiert sein.

Automatische Prozeduren müssen aufgesetzt

werden und getestet werden.

Anzahl der sichtbaren Satelliten





BEISPIEL 1: ROUTINEBETRIEB

Wenn mehr als ein Satellitentyp oder Variante in der Konstellation

verwendet wird, dann müssen für jeden dieser Satelliten eigene

Kommandosequenzen und Prozeduren aufgesetzt und getestet werden.

Selbst wenn es sich um denselben Typ handelt, kann die Konfiguration

abweichen.

Das erfordert eine umfangreiche und komplexe Konfigurationskontrolle.

Sie Sequenz von Kontakten von unterschiedlichen Satelliten erfordert

daher ein hohes Level an automatischen Überprüfungen.

Das zeigt, das für den Routinebetrieb das Betriebstraining umfangreicher und

komplexer sein muss als für einen einzelnen Satelliten. Das Training hat

eigentlich zwei Ebenen: Die des Betriebs eines einzelnen Satelliten und die

des Satellitenflottenmanagements.

Diese zweite Ebene ist genau der Punkt, bei dem Europa Neuland betreten

hat.

Herausforderungen





BEISPIEL 2: NOTFALLBETRIEB

Einfaches Beispiel: Eine Bodenstation arbeitet

routinemäßig einen Satellitenkontakt nach dem

anderen ab. Plötzlich stellt der Betreiber fest, dass

einer der Satelliten in einer Notlage ist und in „SAFE

MODE“ gegangen ist.

Dafür gibt es Notfallprozeduren, die für diesen Fall eine

Umverteilung der Betriebsmittel und die weitere

Vorgehensweise regeln. Dies müssen gut geplant und

trainiert sein.

Während bei dem Betrieb eines einzelnen Satelliten

der Betrieb unterbrochen wird und die Anomalie

beseitigt wird, muss aber bei dem Betrieb einer

Konstellation der Routinebetrieb der Konstellation

aufrechterhalten werden.

Was wenn ?





BEISPIEL 2: NOTFALLBETRIEB

Das Beispiel zeigt, dass im Falle eines Notfalls von einem Moment auf den

anderen zu einem Parallelbetrieb übergegangen werden muss.

Das bedeutet, dass Betriebsmittelzuweisungen (Team, Antennen) und

Zuständigkeiten im Voraus sorgfältig geplant sein müssen.

Der Übergang vom Routinebetrieb zum Notfallbetrieb und damit der

Übergang in den Parallelbetrieb muss geplant, vorbereitet und trainiert

werden.

Notfallszenarien können sehr komplex sein, da eine Konstellation aus beliebig

vielen Satelliten bestehen kann. Da aber Probleme mit einem oder mehreren

Satelliten keinen nennenswerten Einfluss auf die Performance der Konstellation

haben dürfen, ist der Notfallbetrieb intensiv zu üben.

Parallelbetrieb





BEISPIEL 3: KONSTELLATIONSERWEITERUNG UND

LEBENSPHASEN

Im Prinzip entsteht die Notwendigkeit zur Vorbereitung, Testen und Training

eines Konstellationsflottenmanagement mit dem Start des zweiten

Satelliten.

Jede Erweiterung der Konstellation erfordert einen Satellitenflottenbetrieb

für:

Die im Betrieb befindlichen Satelliten

Den neu hinzuzufügenden Satelliten

Satellitenflottenbetrieb in Routinephasen

Satellitenflottenbetrieb in Notfallphasen

Parallelbetrieb während einer Verschiebung eines Satelliten im Orbit.

Parallelbetrieb während der Überführung eines Satelliten in seinen

„Friedhofsorbit“.

Wann ist Konstellationsflottenmanagement nötig ?





HERAUSFORDERUNGEN AN EINEN SIMULATOR

Der Missionssimulator muss nicht nur einen

Satelliten in allen Einzelheiten simulieren

sondern die gesamte Konstellation.

Alle verschieden Varianten und

Konfigurationen von Satelliten müssen im

Simulator abgebildet sein.

Er muss mit dem Missionskontrollsystem der

Konstellation verbunden werden können.

Alle Satellitenmodelle im Simulator müssen

Prozessoremulatoren haben, um die aktuelle

On-Board-Software-Konfiguration betreiben zu

können.

Alle möglichen Konstellationsnotfallszenarios

müssen simulierbar sein.





ZUSAMMENFASSUNG

Eine Satellitenkonstellation erfordert mehr als nur den Betrieb eines

Satelliten - Es erfordert die Einführung eines Satellitenflottenmanagements.

Obwohl im Routinebetrieb die Bodenstationen sequenziell genutzt werden,

erfordern einige Phasen wie die Erweiterung der Konstellation, Notfälle oder

die Außerbetriebnahme eines Satelliten den Parallelbetrieb, um den Betrieb

der gesamten Konstellation nicht zu unterbrechen.

Alles muss getestet und validiert werden.

Alles muss trainiert werden.

Viele Vorgänge können automatisiert werden.

Letztendlich entscheidend bleiben aber immer die Fähigkeiten der Bediener.

Nur hochqualifiziertes und trainiertes Personal kann die richtigen Schritte

zur richtigen Zeit einleiten.

Dazu ist eine adäquate und repräsentative Test und Trainingsumgebung

nötig: ein Konstellationssimulator.




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