Buchbesprechung: Electronics for Space

26. März 2019, 12:00 Uhr
Buchbesprechung: Electronics for Space
Buchbesprechung: Electronics for Space
In den letzten Jahrzehnten des vorigen Jahrhunderts war der Bau eigener elektronischer Geräte oft deshalb interessant, weil es keine genau passenden Fertiglösungen gab oder diese deutlich teurer waren als selbstgebaute Geräte. Heute ist dies in vielen Fällen nicht mehr der Fall – oder gibt es Ausnahmen? Heute sind doch fast alle Arten von Modulen und Geräten zu teilweise erstaunlich niedrigen Preisen online zu finden, oder etwa nicht? Ein Bereich, in dem der Selbstbau nach wie vor eine Rolle spielt, ist das Testen und Messen. Das gilt auch und sogar besonders für die Raumfahrtelektronik.

Satelliten im Selbstbau?

Schön und gut, aber warum sollte gerade ich Raumfahrtelektronik entwickeln? Weil Sie es können. Vielleicht ist das nicht wirklich bekannt, aber kommerzielle Weltraumflüge bieten oft etwas Platz für Amateur-Satelliten an. Es gibt sogar volumetrische Standards für Selbstbausatelliten. Viele Funkamateure, aber auch studentische Teams in den Ingenieurwissenschaften arbeiten an der Entwicklung von solche Mini-Satelliten, warum also nicht auch Sie?

Ein Buch zu diesem Thema

Wie so oft ist es schwer herauszufinden, wo man da anfangen soll. Das hier besprochene Buch bietet eine Einführung in diese Thematik, indem es alle Aspekte des Baus, des Starts und der Kommunikation mit Elektronik für Raumfahrtanwendungen detailliert beschreibt. Das Buch erklärt nicht, wie Sie Ihren Satelliten bauen sollen. Das ist Sache der Interessen des entschlossenen Satellitenbauers. Aber das Buch weist auf die spezifischen, zu überwindenden Schwierigkeiten hin und auf andere Aspekte, an die man denken muss. Es werden Verfahren und Protokolle beschrieben und auch einige historische und andere interessante Hintergrundinformationen geboten.

Weltraum als raue Umgebung für Elektronik

Nach einer kurzen Geschichte der Weltraumforschung wird die raue Umgebung beleuchtet, in der Ihr Satellit überleben muss. Von starken Vibrationen und Stößen beim Start über heftige Temperaturschwankungen bis hin zu Strahlung und Mikrometeoriten sowie Ablagerungen – Elektronik im Weltraum muss sehr robust sein. Neben der simplen Zerstörung von Satelliten können diese Einflüsse auch Fehler wie Latch-ups in ICs, Kippen von Bits, allerlei Störungen und Teilausfälle verursachen. Kein Wunder, dass es für solche Anwendungen speziell „gehärtete“ Versionen von Standardbauteilen gibt.

 
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Mikrometeoriten sind für Satelliten gefährlich. Bild: NASA/Wikipedia.

Das dritte Kapitel stellt Raumfahrtmissionen vor und wie dies nicht nur den Orbit des Satelliten, sondern auch seine Entwicklung beeinflusst. Das folgende Kapitel beschreibt dann die typischen Subsysteme, die Sie für den eine Mission in Ihren Satelliten integrieren müssen. Selbstverständlich werden ein Bordcomputer und ein Kommunikationsmodul benötigt, die von einer geeigneten Energiequelle versorgt werden. Man sollte auch an ein thermisches System zum Erwärmen und Kühlen der wertvollen Elektronik denken. Eine Lageregelung kann ebenfalls erforderlich sein, um den Satelliten an der gewünschten Position zu halten und diese zu kennen.

Cubesat und Nanosatelliten

All diese Dinge müssen in einen Nano- oder Picosatelliten passen. Der gängigste Formfaktor ist „Cubesat 1U“, ein 10 x 10 x 10 cm großer Würfel. Aber auch andere Größen (2U, 3U, etc.) sind möglich.
 
Wenn klar ist, was in den Satelliten hinein soll, wird es Zeit, diese Komponenten zu bauen. Kapitel 5 befasst sich mit der Material- und Bauteileauswahl sowie mit Redundanz. Es wird auch das Risiko der Verwendung von handelsüblichen COTS-Teilen (Commercial Off-The-Shelf) im Weltraum diskutiert. Kapitel 6 beschreibt dann die Klassifizierung sowie die Test- und Auswahlverfahren für Bauteile, die für den Einsatz im Weltraum geeignet sind. Kapitel 9 kommt nochmals auf dieses Thema zurück, indem es einige praktische Techniken zur Qualifizierung von Bauteilen vorstellt.

 
1U Cubesat
Cubesat-Kit (1U). Bild: Wikipedia

Nicht die Bodenstation vergessen

Die Entsendung eines Satelliten ins All ist nicht sehr sinnvoll, wenn man nicht mit ihm kommunizieren kann. Hier kommen Bodenstationen ins Spiel, die in Kapitel 8 beschrieben sind. Neben der Hervorhebung der typischen Organisation einer Bodenstation wird viel Wert auf die Kommunikation zwischen Stationen und Steuerungen sowie zwischen Stationen und Satelliten gelegt. Wegen der üblichen Begrenzung des Zeitfensters für die Kommunikation mit einem Satelliten ´auf wenige Minuten pro Tag – wenn er sich in Reichweite der Bodenstation befindet – sind klare und klar definierte Kommunikationsprotokolle notwendig. Es sollte keine Zeit verschwendet werden, weil sich Sender und Empfänger nicht gut verstehen. Auch an eine Behandlung für verlorene Datenpakete und deren Wiederholung sollte man bedenken.

Fazit

Alles in allem ist Electronics for Space ein interessantes Buch, auch wenn Sie gerade jetzt (noch) keine Pläne haben, Ihr eigenes Weltraumforschungsprogramm zu starten. Obwohl es keine Bauanleitung für einen eigenen Satelliten enthält, bietet es eine Fülle nützlicher und interessanter Informationen über Elektronik im Weltraum und wie solche Missionen ablaufen.
Das Buch wäre hie und da noch etwas besser, wenn es von einem muttersprachlichen englischen Lektor genau überarbeitet worden und wenn auch die Abschnitte nummeriert und in das Inhaltsverzeichnis aufgenommen worden wären. Aber diese Bemerkung ist meinem Perfektionismus geschuldet.
 
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