Smartphone-Technologie bringt Satelliten mehr Rechenleistung – Parabelbogen

• Das DLR entwickelt verteilte und heterogene Bordcomputer für zukünftige Weltraummissionen.
• Kombination aus strahlungsresistenten und handelsüblichen Prozessoren, die sich gegenseitig überwachen und im Fehlerfall Aufgaben umverteilen.
• Erfolgreiches Experiment mit Erdbeobachtungsdaten auf einem ESA-Testsatelliten.
• Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Technik

KEULEN, Deutschland (DLR PR) – Zuverlässige und leistungsstarke Computer spielen eine Schlüsselrolle in der Raumfahrt: Beispielsweise ermöglichen Computersysteme in Satelliten anspruchsvolle Erdbeobachtungsmissionen. Das Deutsche Zentrum für Luftfahrt (DLR) entwickelt eine neue Rechnerarchitektur, die den sogenannten On-Board-Computern (OBC) mehr Leistung verleihen und sie auch in die Lage versetzen soll, sich selbst zu reparieren. Verteilte heterogene OBCs werden im Flugexperimentprojekt ScOSA (Scalable On-Board Computing for Space Avionics) entwickelt. Sie haben verschiedene Computerknoten als Netzwerk verbunden.

Eine häufige Herausforderung für Computersysteme in Satelliten besteht darin, dass kosmische Strahlung die Computer stören kann. „Wenn ein Strahlungsteilchen durch einen Speicher fliegt, kann es dort aus einer Null eine Eins machen“, erklärt Projektleiter Daniel Lüdtke von der DLR-Institut für Software Technik ein Braunschweig . Schließlich kann das System sogar ausfallen oder falsche Ergebnisse liefern. Für die Raumfahrt stehen daher strahlungsresistente Prozessoren zur Verfügung. Allerdings ist es sehr teuer und hat wenig Rechenleistung. Andererseits sind Prozessoren, wie sie für Smartphones verwendet werden, sehr leistungsfähig und auch günstiger. Sie sind jedoch viel anfälliger für kosmische Strahlung. ScOSA vereint beide Prozessortypen in einem System.

Testlauf 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“, sagt Daniel Lüdtke. Währenddessen arbeitet der Satellit weiter. Anschließend startet die Software den Prozessor neu und integriert ihn wieder in das System.

Ein Experiment auf dem Satelliten hat nun gezeigt, dass es funktioniertOPS SAder Europäischen WeltraumorganisationESAgezeigt. „Der 30 x 10 x 10 Zentimeter große Kleinsatellit mit Experimentalrechner befindet sich seit Ende 2019 in einer erdnahen Umlaufbahn. OPS-SAT steht den Forschern als komplett offene Plattform zur Verfügung“, erklärt Dave Evans, OPS- SAT-Projektleiter.

Die DLR-Wissenschaftler haben gemeinsam mit der ESA die ScOSA-Software auf OPS-SAT installiert und erfolgreich getestet. Dazu erstellte der Satellit Erdbeobachtungsbilder, verarbeitete sie und wertete sie mit künstlicher Intelligenz aus. Der Satellit sendet dann nur die verwertbaren Bilder an eine Bodenstation. „Immer höher auflösende Sensoren und komplexe Algorithmen erfordern immer mehr Rechenleistung“, fasst Daniel Lüdtke die Anforderungen an Soft- und Hardware zusammen. Ein größeres ScOSA-System aus strahlungsresistenten und kommerziell erhältlichen Prozessoren soll demnächst auf dem DLR-eigenen CubeSat getestet werden: Voraussichtlich Ende nächsten Jahres soll der Kleinsatellit in den Orbit geschossen werden.

Softwareentwicklung für Weltraumübertragungen

Das Onboard-Softwaresysteme Gruppe des DLR-Instituts für Softwaretechnik 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 Flugexperiment-Projekt ScOSA ist ein DLR-Forschungsprojekt unter Beteiligung des Instituts für Softwaretechnik, des DLR-Instituts für Raumfahrtsysteme u Optische Sensorsysteme ebenso gut wie DLR Raumfahrtbetrieb und Astronaut Ausbildung gehört dazu.