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Main Title: A reconfigurable data communication system for on orbit serviceable, highly modularized satellites
Translated Title: Ein rekonfigurierbares Datenkommunikationssystem für hochmodulare, im Orbit wartbare Satelliten
Author(s): Tham, Dung
Advisor(s): Brieß, Klaus
Referee(s): Brieß, Klaus
Montenegro, Sergio
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13426
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-12212
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: The concept of highly modularized satellites with the capability for On-Orbit Servicing is a new and innovative approach in space engineering promising high potential and great benefits in mid term and long-term future. Highly modularized satellites represent the next generation of economically and ecologically sustainable spacecraft, which provide the abilities to be scalable, extendable, maintainable and serviceable on orbit. However, the development of highly modularized satellites with on-orbit serviceability and reconfigurability is posing a great challenge to space engineers and researchers. The spatial distribution of spacecraft components in different building blocks results in the need for a system intelligence in every module for locally monitoring and controlling of the integrated components and on the same time, for globally coordinating with other building blocks to perform the critical functions and applications of the satellite. On top of this, the desired capability of On-Orbit Servicing extends the already very challenging requirements to the on board communication system of modular satellites with further demands for flexibility and reconfigurability. Therefore, spacecraft engineers designing a highly modularized satellite need to face the challenge of developing an appropriate on-board data communication system which must provide on the one side, high reliability and fault tolerance and on the other side, the needed flexibility and reconfigurability of the network. The objective of this thesis is to design and develop a concept of an on-board data communication system including the methods and mechanisms, which are needed to allow its deployment on highly modularized reconfigurable satellites with the capability of on orbit servicing while the dependability is still kept on the required high level. The presented concept is evaluated and verified experimentally by using the hardware of the modular In-Orbit-Demonstration satellite in the German iBOSS project.
Hochmodulare, im Orbit wartbare Satelliten bilden einen innovativen und zukunftsorientierten Designansatz im Bereich der Raumfahrttechnik, welcher hohe Potentiale und viele Vorteile gegenüber klassische monolithische Satellitendesigns aufweist. Modulare Satelliten repräsentieren die nächste Generation der ökonomisch und ökologisch nachhaltigen Raumfahrtsysteme, die neben der Wartbarkeit im Orbit auch skalierbar, erweiterbar und rekonfigurierbar sind. Jedoch treten durch die modulare Satellitenstruktur eine Reihe neuer Herausforderungen für Raumfahrtingenieure auf. Durch die Verteilung der Satellitenkomponenten in verschiedenen Bausteinen ist eine dezentrale Steuerungsarchitektur des Satelliten notwendig. Die verteilt integrierten Komponenten in den einzelnen Modulen müssen von einer lokalen Systemintelligenz überwacht und kommandiert werden. Gleichzeitig muss eine bausteinübergreifende Koordination zur Ausführung der kritischen Funktionen des Satelliten durch eine zuverlässige, fehlertolerante on-board Datenkommunikation gewährleistet werden. Zudem benötigt die Wartbarkeit und Rekonfigurierbarkeit der modularen Satelliten im Orbit ein flexibles sowie rekonfigurierbares Kommunikationsnetzwerk. Die Vereinigung dieser beiden Eigenschaften, Rekonfigurierbarkeit und Zuverlässigkeit, in einem Kommunikationssystem stellt eine besonders große Herausforderung in der Entwicklung dar. Gegenstand dieser Dissertation besteht darin, ein Konzept eines Datenkommunikationssystems für hochmodulare rekonfigurierbare Satelliten zu erarbeiten. Dieses Konzept vereint in sich die notwendige Flexibilität für die Rekonfiguration im Orbit und die notwendige Zuverlässigkeit sowie Fehlertoleranz für komplexe, verteilte, sicherheitskritische Systeme in Raumfahrtanwendungen. Das erarbeitete Konzept wurde mit Hardware des IOD-Satelliten (In Orbit Demonstration) des deutschen modularen Satellitenprojekts iBOSS experimentell evaluiert und verifiziert.
Subject(s): reconfigurable satellites
on-board data communication
modular satellites
on-orbit servicing
time-triggered communication
rekonfigurierbare Satelliten
On-Board-Datenkommunikation
modulare Satelliten
On-Orbit Wartbarkeit
zeitbasierte Kommunikation
Issue Date: 2021
Date Available: 1-Sep-2021
Exam Date: 30-Apr-2021
Language Code: en
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
TU Affiliation(s): Fak. 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Inst. Luft- und Raumfahrt » FG Raumfahrttechnik
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