Satelliten-Smartphone-Technologie sorgt für mehr Rechenleistung – Parabel

• Das DLR entwickelt für zukünftige Weltraummissionen verteilte und heterogene Computer an Bord.
• Ein Satz handelsüblicher strahlungsresistenter Prozessoren, die sich gegenseitig überwachen und im Fehlerfall Aufgaben neu verteilen.
• Erfolgreiches Experiment mit Erdbeobachtungsdaten auf einem Testsatelliten der Europäischen Weltraumorganisation.
• Schwerpunkte: Raumfahrt, Erdbeobachtung, Technik

Köln, Deutschland (DLR PR) – Zuverlässige und leistungsstarke Computer spielen in der Raumfahrt eine große Rolle: Beispielsweise ermöglichen Computersysteme in Satelliten anspruchsvolle Erdbeobachtungsaufgaben. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt eine neue Rechenarchitektur, die den sogenannten Onboard Computern (OBC) mehr Leistung verleihen und sie auch in die Lage versetzen soll, sich selbst zu reparieren. Verteilte heterogene OBCs werden im ScosA Flight Experience Project (Onboard Scalable Computing for Space Avionics) entwickelt. Sie haben verschiedene Rechenknoten, die als Netzwerk verbunden sind.

Die allgemeine Herausforderung für Satellitencomputersysteme besteht darin, dass kosmische Strahlung Computer stören kann. Projektleiter Daniel Ludtke erklärt aus DLR-Institut für Software Technik ein Braunschweig . Letztendlich kann das System ausfallen oder falsche Ergebnisse liefern. Daher stehen strahlenresistente Behandlungen für die Raumfahrt zur Verfügung. Allerdings ist es teuer und hat wenig Rechenleistung. Andererseits sind Prozessoren, wie sie in Smartphones verwendet werden, sehr leistungsfähig und auch günstiger. Sie sind jedoch anfälliger für kosmische Strahlung. ScOSA vereint beide Arten von Prozessoren in einem System.

Testlauf auf der Testplattform OPS-SAT im erdnahen Orbit

Das Programm erkennt Fehler und Ausfälle und übernimmt die Kontrolle über den Computer. „Programme, die auf dem falschen Prozessor laufen, werden automatisch auf andere Prozessoren im Netzwerk übertragen“, sagt Daniel Lüdtke. Währenddessen arbeitet der Satellit weiter. Anschließend startet das Programm den Prozessor neu und integriert ihn wieder in das System.

Ein Satellitenexperiment hat nun gezeigt, dass das funktioniertOPS SAEuropäische WeltraumorganisationESAgezeigt. „Der 30 x 10 x 10 cm große Kleinsatellit mit Experimentalrechner befindet sich seit Ende 2019 im erdnahen Orbit. Der OPS-SAT steht den Forschern als vollwertige offene Plattform zur Verfügung“, erklärt Dave Evans, OPS am Europäische Weltraumorganisation (ESA). SAT-Projektleiter.

DLR-Wissenschaftler haben die ScOSA-Software erfolgreich auf einem OPS-SAT der ESA installiert und getestet. Dazu hat der Satellit Erdbeobachtungsbilder mit künstlicher Intelligenz erstellt, verarbeitet und ausgewertet. Dann sendet der Satellit nur verwertbare Bilder an eine Bodenstation. „Hochauflösende Sensoren und immer komplexer werdende Algorithmen erfordern immer mehr Rechenleistung“, fasst Daniel Ludtek die Soft- und Hardwareanforderungen zusammen. Ein größeres, kommerziell erhältliches ScOSA-System aus radioaktiven Prozessoren soll demnächst auf dem CubeSat des DLR getestet werden: Voraussichtlich Ende nächsten Jahres soll der Kleinsatellit in den Orbit geschossen werden.

Softwareentwicklung für Weltraummissionen

Das Onboard-Softwaresysteme Eine Gruppe des DLR-Instituts für Softwaretechnik ist an zahlreichen nationalen und internationalen Weltraummissionen beteiligt. Zentrales Forschungsthema ist die Entwicklung fehlertoleranter Programme und sogenannter resilienter Programme, die auf Fehler und Ausfälle reagieren können. Das ScOSA Flight Experience Project ist ein DLR-Forschungsprojekt, an dem das Institut für Softwaretechnik und die DLR-Institute beteiligt sind Raumfahrtsysteme u Optische Sensorsysteme neben DLR-Raumfahrtbetrieb und Astronaut Ausbildung beteiligt.