In-Flight Reconfiguration with System-On-Module Based Architectures for Science Instruments on Nanosatellites

For science payloads on nanosatellite missions, there is a great interest in cost-effective, reliable and state-of-the-art computing performance. Highly integrated system architectures combine reconfigurable System-on-Chip (SoC) devices, memory and peripheral interfaces in a single System-on-Module (SoM) and offer low resource requirements regarding power and mass, but moderate to high processing power capabilities. The major advantages of these architectures are flexibility, (re)programmability, modularity and module reuse. However, it is a challenge to use SoM with COTS based memories devices in a radiation sensitive environment. In order to achieve these requirements, mitigation measures, such as the use of redundant or alternative memory devices and in-flight reconfiguration, are important in terms of reliability. Reprogramming strategies e.g. partial dynamic reconfiguration and scrubbing techniques are published in the past. With a remote sensing instrument for atmospheric temperature measurements using a SRAM-based Xilinx Zynq-7000 SoM, we combine some of these techniques with supervisor circuits to select the boot image from alternative memory devices. The approach distinguishes between programmable logic and processing system reconfiguration, and enables in-flight firmware updates in the case of Single Event Effect (SEE) hazards or changing measurement conditions

SIP an Biokohlen - Neue Ergebnisse und neue Einsichten in das elektrochemische Modell von Wong (Geophysics 1979, 44(7), 1245-1265)

Biokohlen unterscheiden sich je nach Ausgangsmaterial und Herstellungsverfahren mitunter beträchtlich. Bei den Herstellungsverfahren kann man im Wesentlichen drei Typen unterscheiden. Die Pyrolyse, d.h. die Erhitzung auf 300-800 °C unter Sauerstoffausschluss, die Vergasung, d.h. die Erhitzung unter Zusatz eines Oxidationsmittels im Unterschuss vorwiegend bei noch höheren Temperaturen und die hydrothermale Karbonisierung. Letztere findet im Gegensatz zu den ersten beiden im Kontakt des zu karbonisierenden Materials mit einer Wasserphase unter Druck bei Temperaturen von 150-300 °C statt. Die Produkte der hydrothermalen Karbonisierung unterscheiden sich deshalb beträchtlich von denen der beiden anderen Verfahrenstypen. Die hydrothermale Karbonisierung ist besonders vorteilhaft, wenn das Ausgangsmaterial eine hohe Feuchte hat und bei den anderen beiden Verfahren viel Energie verbraucht wird, um die Feuchte aus dem Material auszutreiben. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse aus der Bestimmung oberflächenfunktioneller Gruppen durch Boehm-Titration und elektrischer Messungen mit spektraler induzierter Polarisation (SIP) für eine pyrolytische Kohle aus Kiefernholz und einer Kohle aus der hydrothermalen Karbonisierung von Miscanthus giganteus (Elefantengras) verglichen. Die Kohle aus der hydrothermalen Karbonisierung enthält deutlich mehr funktionelle Gruppen, zeigt aber nur eine relativ geringe elektrische Polarisation in wassergesättigten Mischungen mit Sand. Die pyrolytische Kohle, die mit einer langen Kontaktzeit bei 400 °C hergestellt worden war, zeigt dagegen eine sehr hohe Polarisation und im Gegensatz zu der anderen Kohle keine Abhängigkeit des Phasenwinkels vom Elektrolytgehalt des Wassers. Daraus kann geschlossen werden, dass der Polarisationsmechanismus für beide Kohlen unterschiedlich ist. Während bei der Kohle aus der hydrothermalen Karbonisierung im Wesentlichen eine Polarisation durch Verschiebung der Ionen in der elektrischen Doppelschicht stattfindet, erfolgt bei der pyrolytischen Kohle eine Polarisation der Elektronenverteilung in den elektronisch leitenden Kohlepartikeln. Die SIP-Spektren solcher Materialien lassen sich mit der Theorie von Wong beschreiben, welche die Leckströme durch Redox-Reaktionen über die Partikel-Elektrolyt-Grenzfläche mitberücksichtigt. Die Messwerte für die Kohle aus Kiefernholz lassen sich bei Verwendung sinnvoller Parameter mit dieser Theorie recht gut beschreiben, wenn man in Betracht zieht, dass einige der Voraussetzungen der Theorie nicht erfüllt sind. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass die pyrolytische Kohle eine hohe Porosität besitzt, weswegen die Kontaktfläche mit dem Elektrolyt verglichen mit der Kontaktfläche starrer Kugeln, wie sie die Theorie voraussetzt, wesentlich größer wird. Deshalb muss ein wesentlich höherer Volumenanteil an Kohle in das theoretische Modell eingesetzt werden, um die gemessene Peakhöhe des Phasenwinkels zu erhalten. Eine Weiterentwicklung der Theorie von Wong wäre deshalb anzustreben

“A very orderly retreat”: Democratic transition in East Germany, 1989-90

East Germany's 1989-90 democratisation is among the best known of East European transitions, but does not lend itself to comparative analysis, due to the singular way in which political reform and democratic consolidation were subsumed by Germany's unification process. Yet aspects of East Germany's democratisation have proved amenable to comparative approaches. This article reviews the comparative literature that refers to East Germany, and finds a schism between those who designate East Germany's transition “regime collapse” and others who contend that it exemplifies “transition through extrication”. It inquires into the merits of each position and finds in favour of the latter. Drawing on primary and secondary literature, as well as archival and interview sources, it portrays a communist elite that was, to a large extent, prepared to adapt to changing circumstances and capable of learning from “reference states” such as Poland. Although East Germany was the Soviet state in which the positions of existing elites were most threatened by democratic transition, here too a surprising number succeeded in maintaining their position while filing across the bridge to market society. A concluding section outlines the alchemy through which their bureaucratic power was transmuted into property and influence in the “new Germany”

Phasengenaue Impedanzspektroskopie und -tomographie für geophysikalische Anwendungen

Die elektrische Impedanzspektroskopie und die spektrale elektrische Impedanztomographie sind leistungsfähige Methoden zur nichtinvasiven Charakterisierung von Materialien bezüglich ihrer strukturellen Eigenschaften. Bei diesen Methoden werden die Amplitude und die Phase der komplexen Leitfähigkeit der Materialien in Abhängigkeit von der Frequenz gemessen, wobei im Falle der Tomographie diese Spektren auch ortsauflösend bestimmt werden. In Hinblick auf geophysikalische Anwendungen wurden ursprünglich impedanzspektroskopische Messungen, die im Bereich der Geophysik auch unter dem Namen Spektral Induzierte Polarisation bekannt sind, zur Untersuchung von mineralisierten Gesteinen mit elektrisch leitenden Mineralkörnern angewendet. In den letzten 10 Jahren ist zunehmend auch die erweiterte Charakterisierung von Böden, Sedimenten und Gesteinen allgemein, die keine elektronisch leitenden Minerale beinhalten, von besonderem Interesse. Die Polarisierbarkeit bewirkt hierbei die elektrische Doppelschicht, die aufgrund der Interaktion des Porenfluides (Elektrolyt) mit der elektrisch geladenen Mineraloberfläche entsteht. Die elektrischen Eigenschaften des Gesteins sind mit der elektrischen Leitfähigkeit des Porenfluides, der Sättigung und den strukturellen und mineralogischen Eigenschaften, wie z.B. der Korngrößenverteilung, der Porenhalsgröße und dem Tonanteil verknüpft. Sie beinhalten daher auch unmittelbar Informationen über die hydraulische Leitfähigkeit oder die Schadstoffkonzentrationen in Gesteinen bzw. Böden. Die Messung der elektrischen Materialeigenschaften ist daher für viele hydrogeophysikalische und umwelttechnische Fragestellungen relevant. Problematisch bei diesen Messungen ist die geringe Polarisierbarkeit der Materialien mit typischen Phasen im Bereich von 1 bis 20 mrad, so dass zur phasengenauen Messung spezielle Messgeräte und Messmethoden benötigt werden. Der interessierende Frequenzbereich reicht von 1 mHz bis zu einigen kHz wobei offensichtlich ist, dass die diagnostischen Möglichkeiten mit der Frequenzbandbreite und der Phasengenauigkeit steigen. Das Ziel der Arbeit ist daher die Phasengenauigkeit von spektroskopischen und tomographischen Impedanzmessungen zu verbessern und hierfür neue Messmethoden und -systeme zu entwickeln, um in naher Zukunft eine bessere Charakterisierung von schwach polarisierbaren Materialien zu ermöglichen. Die Arbeit beinhaltet im ersten Teil die Entwicklung eines Impedanzspektrometers mit geeigneten Elektroden und optimalem Probenhalter, die Abschätzung relevanter Fehlerquellen, die Entwicklung von optimierten Messmethoden, Methoden zur numerischen Korrektur der Messdaten und Maßnahmen zur Vermeidung der Phasenfehler. Auf Basis dessen wird im zweiten Teil die Entwicklung eines spektralen Impedanztomographen mit ergänzenden Fehlerabschätzungen, angepassten Korrekturmethoden und erweiterter Finite-Elemente-Modellierung zur Berücksichtigung parasitärer Impedanzen für bildgebende phasengenaue Messungen der komplexen Leitfähigkeit an Bodenmonolithen beschrieben. Ausgelegt werden die Systeme für einen Frequenzbereich von 1 mHz bis 45 kHz. Die Methoden und Systeme wurden an elektrischen Netzwerken, Wasserproben und Objekten mit definierter Polarisation und mittels synthetischer Studien überprüft. Hierbei wurde eine Genauigkeit von 0.1 mrad bei den gemessenen Impedanzen der Proben und 1 mrad bei den rekonstruierten Leitfähigkeitsverteilungen für Frequenzen bis 1 kHz erzielt