Internet of Space - Weltweit verbunden - VDI
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
MOBILITÄT DER ZUKUNF T R aumfahrt
© Zentrum für Telematik
Internet of Space –
Weltweit verbunden AUTOR
Die ersten Satelliten zur Bereitstellung leistungsfähiger, weltweiter Prof. Dr. Schilling
ist Ordinarius für Robotik und
Kommunikationsnetze sind bereits im Orbit. Der Ausbau geht konti Telematik an der Universität
nuierlich weiter, damit künftig auch entfernte Regionen und mobile Würzburg und Vorstand des
unabhängigen Forschungs
Systeme global ohne Unterbrechung in Echtzeit erreichbar sind. instituts Zentrum für Telematik.
INTERNET OF SPACE kommunikationsnetze, das sogenannte ßere Bandbreiten für Internetverbindun-
Internet of Space (IoS) [1] an. gen bereitgestellt werden sollen, bauen
Im Internet der Dinge sollen Milliarden Das anspruchsvolle Ziel, jeden Punkt im Telefon- und SMS-Bereich die frü
Knoten miteinander vernetzt werden. In der Erdoberfläche in Echtzeit erreichen heren Satellitennetz-Pioniere Iridium
dichter besiedelten Gebieten geschieht zu können, streben die in der Aufbau- und Globalstar mit einer zweiten Satel
dies durch den Ausbau der Glasfaser-Inf- phase befindlichen Satellitennetze in liten-Generation ihre Kapazitäten aus.
rastruktur und 5G-Funknetze. Auch bei niedrigen Erdumlaufbahnen (Low Earth Aber auch kostengünstige Kleinstsatel
Stromausfällen und Störungen muss ein Orbits, LEO) an [2]. Durch fortschrei- liten (unter 10 kg) eröffnen hier neue
zweiter Verbindungsweg für einen Not- tende Miniaturisierung werden die Satel- Perspektiven bei Telematikanwendun-
betrieb für die Rettungs- und Sicherheits- liten ohne Abstriche bei der Leistungs gen für geringe Bandbreite in vernetz-
kräfte verfügbar sein. Ebenso müssen fähigkeit immer kleiner. So können kos- ten Fabriken, in der Logistik und bei
abgelegene Gebiete mit wenig Infrastruk- tengünstig auf einer Rakete mehrere Notfalleinsätzen.
tur wie Ölbohrplattformen auf See, Berg- Satelliten in Umlaufbahnen platziert
werke in Wüsten, oder mobile Systeme werden. OneWeb brachte die ersten sechs
AKTUELLE PLÄNE
zur Überbrückung größerer Distanzen 150-kg-Satelliten am 26.2.2019 in den
(Flugzeuge, Transport-Drohnen, Schiffe, Orbit; SpaceX folgte am 24.5.2019 mit Der hohe Bedarf an IoS-Dienstleistun-
Züge) einbezogen und angebunden den ersten 60 Starlink-Satelliten von gen spiegelt sich in den mittlerweile
werden. Hierfür bieten sich Satelliten- jeweils 227 kg Masse. Während hier grö- etwa 200 Anträgen für IoT-Satelliten-
46
konstellationen bei der International
Telecommunication Union (ITU) wider.
Dabei sind folgende Konstellationen
für IoT-Anwendungen am weitesten
fortgeschritten:
–– OneWeb plant 650 Satelliten in niedri-
gen Umlaufbahnen (LEO) im Ku-Band
zu platzieren. Davon wurden die ers-
ten sechs Satelliten in eine Umlauf-
bahn in 1200 km Höhe gebracht.
Anschließend sollen weitere 1280
Satelliten in mittlerer Bahnhöhe
(Medium Earth Orbit, MEO) folgen.
–– SpaceX sandte die ersten 60 von
geplanten 4425 Starlink-Satelliten in
einen 550 km-Orbit. Durch optische
Inter-Satelliten-Links werden Daten
direkt weitergeleitet. Die Verbindung
zu den Bodenstationen erfolgt im Ka-
und Ku-Band. Anschließend sollen
7518 Satelliten im V-Band folgen.
–– Amazon kündigte das Project Kuiper BILD 1 Der modulare, flexible UNISEC-Bus ermöglicht Industrie 4.0-Ansätze bei der
mit 784 Satelliten in Umlaufbahnen Satellitenproduktion (© Zentrum für Telematik)
auf 590 km Höhe an, sowie 1296 Satel
liten auf 610 km und 1156 Satelliten
auf 630 km Höhe.
–– Kepler Communications plant der Logistik, in der Maschine-zu- Schnittstellen hinzu, damit Komponen-
140 sogenannte CubeSats, also kos- Maschine-Kommunikation oder bei ten verschiedener Hersteller einfacher
tengünstige Mini-Satelliten, mit 12 bis Notfalleinsätzen. Dagegen erfordert integriert werden können. Beispiels-
15 kg Masse auf Umlaufbahnen in beispielsweise Videostreaming noch weise bestehen für den UNISEC-Bus [3]
575 km Höhe unter Nutzung von Fre- leistungsfähigere, größere Satelliten. entsprechende Baukastensysteme, um
quenzen im Ku- und S-Band-Bereich. Innovative optische Intersatellitenver- einzelne Funktionsmodule flexibel in
Die ersten beiden 3U-CubeSats (10 x bindungen mit Laserkommunikation die Basisplatine zu stecken, BILD 1. Da
10 x 30 cm) wurden 2018 gestartet. versprechen aber auch für Kleinstsatel- alle Daten- und Energieleitungen in der
–– Sky and Space Global will 200 Cube- liten höhere künftige Verbindungskapa- Basisplatine untergebracht sind, entfällt
Sats in äquatornahen (± 15°) Umlauf- zitäten [2]. der übliche Kabelbaum. Dies bereitet
bahnen im S- und L-Band-Bereich Die Kosten für Raketenstarts steigen einen effizienten Weg, auch im Raum-
betreiben. Die ersten drei 3U CubeSats proportional zur Masse an. Damit ist fahrtsektor automatisierte Fertigung
wurden 2017 gestartet, weitere der intensive Einsatz von Miniaturisie- mit Robotern einzuführen.
16 6U-CubeSats 2019 sind bestellt. rungstechniken hier besonders effizient. Kleinstsatellitennetze werden bereits
Boeing, Telesat (Canada), Samsung, Bahnbrechend waren die CubeSats im intensiv in der Erdbeobachtung einge-
Fortune Star (China) haben ebenfalls Bereich nur weniger kg Masse durch die setzt. Planet betreibt dazu ein Netz von
Pläne für LEO-Konstellationen, aber Standardisierung auf das Vielfache von 150 3U-CubeSats mit hoher zeitlicher
noch nicht mit der Umsetzung begon- 10-cm-Würfeln. So können standardi- Auflösung. Auch innovative Ansätze,
nen. Früher lag die weltweite jährliche sierte Raketenadapter genutzt werden. wie CT-Methoden aus der Medizin, um
Satellitenproduktion bei einer Größen- Damit wurden in den letzten Jahren das Innere von Wolken zu charakteri-
ordnung von etwa 50 Stück, die jeweils mehrere hundert CubeSats jährlich in sieren, werden hier eingesetzt. Im ERC
in Handarbeit hergestellt wurden. Der den Orbit gebracht. Die Vorteile sind: Synergy Grant CloudCT [4] erfasst eine
Anstieg der Produktion auf mehrere –– Schnellere Innovationszyklen Formation aus zehn kooperierenden
Tausend pro Jahr stellt Herausforderun- dank kürzerer Realisierungszeiten Kleinstsatelliten Wolkencharakteristi-
gen hinsichtlich Planung, Produktion, (circa ein Jahr) ken, um verbesserte Klimavorhersagen
BILD 1, und Betrieb der Satelliten, aber –– Höhere Risikobereitschaft für die zu ermöglichen, BILD 2.
auch in Bezug auf Kollisionsvermeidung Nutzung leistungsfähiger kommer Besonders großes Potenzial für
und Weltraumschrottbeseitigung. zieller Bauteile Kleinstsatellitennetze ist im Telekommu-
–– Zum Preis eines traditionalen Satel nikationsbereich zu erwarten, wo Satel
liten können viele Kleinstsatelliten litennetze in niedrigen Orbits auch echt-
KLEINSTSATELLITENNETZE
bereitgestellt werden. zeitfähige Verbindungen bereitstellen
Kostengünstige Kleinstsatelliten werden Gegenwärtig kommen auch auf die können. Allerdings sind durch die hier
für Anwendungen mit geringen Band- Subsystemebene weitere Standardisie- vorliegenden kurzen Kontaktzeiten von
breitenanforderungen eingesetzt, wie in rungen hinsichtlich der elektrischen etwa 10 min während eines Überflugs,
Sonderheft für die VDI-FVT 2019 | 2020 47
MOBILITÄT DER ZUKUNF T R aumfahrt
abhörsichere Kommunikation mithilfe
von Quantentechnologien möglich.
In dem vom BMBF geförderten Projekt
Qube wird 2020 ein 3U-CubeSat mit
etwa 5 kg Masse die entscheidenden
Technologien im Orbit demonstrieren.
So werden an Bord des Satelliten Quan-
tenschlüssel erzeugt. Eine optische Ver-
bindung ermöglicht deren abhörsichere
Übertragung zu den Bodenstationen.
Dieser Quantenschlüssel erlaubt dann
in der normalen Bodeninfrastruktur den
abhörsicheren Datenaustausch, BILD 3.
HERAUSFORDERUNGEN
Diese neue Größenordnung von Satelli-
ten in Erdumlaufbahnen erfordert neue
Problemlösungen. Astronomen fürchten,
dass die Beobachtung der Sterne durch
die vielen vorbeifliegenden Satelliten
BILD 2 Mit CubeSats wird aus verschiedenen Richtungen die Rückstreuung des Sonnenlichts erfasst, um
mit CT-Methoden auf die Zustände im Inneren der Wolken zu schließen (© Zentrum für Telematik) gestört wird. Durch eventuelle Ausfälle
oder Zusammenstöße könnte in größe-
rem Umfang Weltraumschrott entstehen,
der wieder beseitigt werden muss. Inso-
fern sind autonome Reaktionsfähigkeiten
gefordert, um künftige Kollissionen zu
vermeiden. Aber das Internet of Space
ermöglicht es auch, mehr Menschen
weltweit in Echtzeit zu vernetzen und
damit neue Dienstleistungen anzubieten.
LITERATURHINWEISE
[1] Raman, S.; Weigel, R.; Lee, T.: The Internet of
Space (IoS). A Future Backbone for the Internet
of Things?, IEEE IoT Newsletter, March 2016.
Online:https://iot.ieee.org/newsletter/march-2016/
the-internet-of-space-ios-a-future-backbone-for-
the-internet-of-things.html, aufgerufen am
07.10.2019
[2] VDE-ITG News 4/2018 Fokusthema New Space.
Online: https://www.vde.com/resource/blob/176997
2/5d37f22627fca20dd785d841f4689dc5/itg-news-
oktober-2018---download-data.pdf, aufgerufen am
07.10.2019
[3] CubeSat Electrical Interface. Online: http://
unisec-europe.eu/standards/bus/, aufgerufen am
07.10.2019
[4] Schilling, K.; Schechner, Y.; Koren, I.: CloudCT –
Computed Tomography of Clouds by a Small Satel
lite Formation. In: Proceedings 12 th IAA symposium
on Small Satellites for Earth Observation, Berlin
BILD 3 Quantenschlüsselverteilung durch mehrere Kleinstsatelliten für einen abhörsicheren 2019, IAA-B12-1502
Datenaustausch (© Zentrum für Telematik)
mehrere Satelliten so anzuordnen, dass können beim Aufbau des Netzes bereits
bei Verlassen des Sichtbereichs ein nach- Dienste mit Unterbrechungen bei den
folgender Satellit die Verbindung fort- Kontaktzeiten angeboten werden, die
setzt eventuell mit etwas Verzögerung. sich mit ansteigender Anzahl der verfüg-
In Abhängigkeit von den akzeptierbaren baren Satelliten kontinuierlich verkürzen.
Latenzzeiten kann damit die Anzahl der Auch hier bieten Kleinstsatelliten inno- DOWNLOAD DES BEITRAGS
Satelliten im Netz angepasst werden. So vative Ansätze. Beispielsweise ist eine www.springerprofessional.de/ATZ
48
Sie können auch lesen
