Satelliten-Untersysteme: Die Anatomie eines Raumfahrzeugs

10 wesentliche Untersysteme im Konzert

Ein Satellit ist ein System von Systemen. Jedes Untersystem hat eine distincte Funktion, verlässt sich aber auf andere für Energie, Daten und thermische Stabilität.

1. Struktur & Mechanik (Mechanisch): Bus (Primärstruktur), Ausklappbare (Solararrays, Antennen, Booms), Trennvorrichtung, Schwingungsdämpfung. Übersteht Startlasten.
2. Elektrisches Energiesystem (EPS): Solararrays (Multi-Junction GaAs), Batterien (Li-Ion), PCDU (Power Conditioning & Distribution), MPPT (Maximum Power Point Tracking). Erzeugt, speichert, regelt 28V/50V/100V Bus.
3. Lageregelung (ADCS / ACS): Sensoren: Sternsensoren, Sonnensensoren, IMU (Gyros/Beschleunigungsmesser), GPS, Magnetometer. Aktuatoren: Reaktionsräder, CMGs, Magnetdrehmomenterzeuger, Triebwerke. Hält Ausrichtung (Nadir, Inertial, Target).
4. Antrieb: Chemisch (Monopropellant Hydrazin, Bipropellant MMH/NTO) oder Elektrisch (Hall, Ion, PPT). Orbitanhebung, Station-Keeping, Momentum-Dumping, Deorbit.
5. Thermische Kontrolle (TCS): Passiv: MLI-Decken, Beschichtungen (OSR, Weißlack), Heatpipes, Radiatoren, Lamellen. Aktiv: Heizungen (thermostatisch), Flüssigkeitsschleifen (große Sats). Hält -20 °C bis +50 °C für Komponenten.
6. Telemetrie, Verfolgung & Kommando (TT&C / Kommunikation): S-Band (Kommando/Telemetrie), X/Ka-Band (High-Rate Payload Downlink), Antennen (Omni, Medium-Gain, High-Gain ausklappbar), Transponder, Verschlüsselung. Bodenstationsnetz.
7. Kommando & Datenhandling (C&DH / OBC): Bordcomputer (rad-hard CPU, z. B. LEON, PowerPC), Massenspeicher (Solid State Recorder), RTOS (VxWorks, RTEMS), Software (FSW), Datenbus (MIL-STD-1553B, SpaceWire, CAN). Autonome Fehlererkennung/Wiederherstellung.
8. Führung, Navigation & Steuerung (GNC): Orbitbestimmung (GPS, Bodenverfolgung, optisch), Manöverplanung, Formationsflug, Rendezvous/Proximity Ops. Integriert ADCS + Antrieb + Navigation.
9. Nutzlast: Missionsspezifisch: Optische/SAR-Imager, Spektrometer, Kommunikations-Transponder, wissenschaftliche Instrumente (Teilchendetektoren, Magnetometer), Technologiedemonstratoren. Der „Raison d'être“.
10. Flugsoftware (FSW) / Avionik-Software: Kein Hardware-Untersystem, aber kritisch. Modusmanagement, Autonomie, Fehlerschutz, Scripting, Patching. Läuft auf C&DH.

Querschnittsbelange

• Strahlungshärtung: TID (Total Ionizing Dose), SEE (Single Event Effects) Minderung für alle Elektronik.
• EMC/EMI: Strenge elektromagnetische Verträglichkeit.
• Kontaminationskontrolle: Molekular/Partikulär (Optik, Thermoberflächen).
• Planetary Protection: Sterilisation (bei Landung/Orbit um geschützte Körper).

Integration & Test (I&T) verifiziert Untersystem-Schnittstellen. Startlasten, Thermovakuum, Vibration, Akustik, EMC, Funktional. Dann: Start, LEOP, Inbetriebnahme, Betrieb.