Design optimization of star sensors for pico- and nanosatellites

Die Raumfahrt ist eine der konservativsten Industriebranchen. Neue Entwicklungen von Komponenten und Systemen beruhen auf existierenden Standards und eigene Erfahrungen der Entwickler. Die Systeme sollen in einem vorgegebenen engen Zeitrahmen projektiert, in sehr kleiner Stückzahl gefertigt und schließlich aufwendig qualifiziert werden. Erfahrungsgemäß reicht die Zeit für Entwicklungsiterationen und weitgehende Perfektionierung des Systems oft nicht aus. Fertige Sensoren, Subsysteme und Systeme sind Unikate, die nur für eine bestimme Funktion und in manchen Fällen sogar nur für bestimmte Missionen konzipiert sind. Eine Neuentwicklung solcher Komponenten ist extrem teuer und risikobehaftet. Deswegen werden flugerprobte Systeme ohne Änderungen und Optimierung mehrere Jahre eingesetzt, ohne Technologiefortschritte zu berücksichtigen. Aufgrund des enormen finanziellen Aufwandes und der Trägheit ist die konventionelle Vorgehensweise in der Entwicklung nicht direkt auf Kleinsatelliten übertragbar. Eine dynamische Entwicklung im Low Cost Bereich benötigt eine universale und für unterschiedliche Anwendungsbereiche leicht modifizierbare Strategie. Diese Strategie soll nicht nur flexibel sein, sondern auch zu einer möglichst optimalen und effizienten Hardwarelösung führen. Diese Arbeit stellt ein Software-Tool für eine zeit- und kosteneffiziente Entwicklung von Sternsensoren für Kleinsatelliten vor. Um eine maximale Leistung des Komplettsystems zu erreichen, soll der Sensor die Anforderungen und Randbedingungen vorgegebener Anwendungen erfüllen und darüber hinaus für diese Anwendungen optimiert sein. Wegen der komplexen Zusammenhänge zwischen den Parametern optischer Sensorsysteme ist keine „straightforward" Lösung des Problems möglich. Nur durch den Einsatz computerbasierter Optimierungsverfahren kann schnell und effizient ein bestmögliches Systemkonzept für die gegebenen Randbedingungen ausgearbeitet werden.Aerospace is one of the most conservative industries. New developments of components and systems are based on existing standards and experience of developers. The systems should be projected in a given tight time frame, manufactured in very small quantities and finally qualified in a costly way. Experience shows that there is often insufficient time for development iterations and extensive perfection of the system. Finished sensors, subsystems and systems are unique, designed only for a specific function and in some cases even only for specific missions. New development of such components is extremely expensive and risky. For this reason, flight-proven systems are used for several years without modifications or optimization, and without taking technological advances into account. Due to the enormous financial effort and lethargy, the common approach to development is not directly applicable to small satellites. Dynamic development in the low-cost sector requires a universal strategy that can be easily modified for different applications. This strategy should not only be flexible, but also lead to the most optimal and efficient hardware solution. This work presents a software tool for a time and cost efficient development of star sensors for small satellites. In order to achieve maximal performance of the complete system, the sensor should fulfil the requirements and constraints of specified applications and, moreover, be optimized for these applications. Due to the complex interrelationships between the parameters of optical sensor systems, no straight forward solution of the problem is possible. Only by using computer based optimization methods, a best possible system concept for the given boundary conditions can be worked out quickly and efficiently

TechnoSat - A Nanosatellite Mission for On-Orbit Technology Demonstration

In the last 25 years, TU Berlin developed, built, launched and operated a number of university class satellites. Throughout these missions, emphasis was placed on developing technologies for Earth remote sensing, communication and attitude determination and control. The nanosatellite mission TechnoSat has the primary objective to provide on-orbit demonstration capability for novel nanosatellite technologies and components. The satellite carries five main payloads: A separation system for nanosatellites, a hatch mechanism designed for protection and on-orbit calibration of infrared cameras, a fluid dynamic actuator for energy efficient attitude control, an extendable boom system that is employed for gravity gradient stabilisation and STELLA, a miniaturised star tracker. The secondary mission objective of TechnoSat is the on-orbit verification of the novel adaptive nanosatellite bus TUBiX20 (TU Berlin innovative neXt generation 20 kg nanosatellite bus). TechnoSat is scheduled to be launched in Q4 2014