Studenten an der Fachhochschule Aachen verwenden Altium Designer für das erste Pico-Satelliten-Projekt.
„Mit der Altium Designer Software können die Studenten des Fachbereichs Luft- und Raumfahrttechnik ihre Ideen für innovative Raumfahrtsysteme schnell in funktionale Hardware verwandeln.“
Prof. W. Ley
Im Laufe der vergangenen 30 Jahre konnte der Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik der Fachhochschule Aachen wichtige Kontakte zu nationalen und internationalen Technologiepartnern wie Universitäten, Raumfahrt-Unternehmen und der Europäischen Weltraumbehörde aufbauen. Auf der Basis dieser Grundlage und gemäß der Tradition, den Studenten umfassende Forschungsmöglichkeiten anzubieten, befasst sich der Fachbereich auch mit der Entwicklung eines Mikro-CubeSat-Satelliten. Die Studenten können so praktische Erfahrungen in der Entwicklung von Raumfahrtsystemen sammeln.
Der Satellit mit dem Namen COMPASS-1 wird entsprechend dem internationalen CubeSat-Standard entwickelt. Dieser definiert eine Würfelform von 10 x 10 x 10 cm mit einer Masse von maximal 1 kg. Durch den Einsatz von Standardkomponenten werden dabei die Projektkosten auf ein Minimum reduziert. Dieser Ansatz ermöglicht die Entwicklung von sehr kostengünstigen Satelliten. Der Mangel an „Weltraum-geeigneten“ Komponenten stellt jedoch ein erhebliches Risiko für die Überlebenschancen des Satelliten dar. Die Studenten wirken diesem Manko jedoch durch den Einsatz leistungsfähiger Design-Tools entgegen, die eine Entwicklung neuartiger Design-Lösungen zur Behebung von Bauteilanomalien ermöglichen, sowie durch eine umfassende Überprüfung der Funktionalität des Flugkörpers in den Weltraum-Testanlagen der Hochschule.
Die wichtigsten Herausforderungen
Die Entwicklung von Satelliten an sich ist schon eine komplexe und anspruchsvolle Aufgabe – und dies gilt insbesondere für die winzigen CubeSats. Eine breite Palette von Disziplinen muss hier beherrscht werden, wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Systemanalyse und Projektmanagement. Für all diese Aufgaben, aber auch für die Organisation des Projekts, sind die teilnehmenden Studenten verantwortlich. Diese müssen außerdem die oft komplexen Tools und Systeme bewältigen, die für den Design-Prozess benötigt werden.
Sieht man einen Satelliten von außen, so könnte man annehmen, dass das mechanische Design die meiste Zeit in Anspruch nimmt. Es ist jedoch das Innenleben des Flugkörpers mit seiner Elektronik und der Mikrocontroller-Software, die den höchsten Aufwand erfordert. Um die strikten Anforderungen des CubeSat-Standards hinsichtlich Masse, Stromverbrauch, Volumen und Funktionalität zu erfüllen, werden die internen Systeme des Satelliten von Grund auf neu entwickelt. Dabei müssen sie in der Lage sein, die schwierigen Bedingungen in der Umlaufbahn des Satelliten zu überstehen. Um diese Ziele innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens zu erreichen, muss das Team der Fachhochschule Aachen modernste Elektronikdesignmethoden einsetzen und im Rahmen des Projektablaufs effizient zusammenarbeiten.AcUAS engineering team needs to use advanced electronic design techniques while working collaboratively within an efficient project workflow.
Die Herausforderungen annehmen
Mit dem vereinheitlichten Design-System von Altium Designer können die Studenten mit einer einzigen Anwendung Schaltungen entwickeln, welche die gewünschte Funktionalität bieten. Diese können sie dann reibungslos in ein Board-Layout und dann in die Ausgabe-Daten für die Fertigung übertragen, so dass ein Prototyp gefertigt und dann die endgültige Baugruppe hergestellt werden kann. Auf Grund des stark begrenzten Platzangebots in dem winzigen Flugkörper werden in den komplexen Designs viele SMD-Bauteile (Surface Mount Devices) auf Multilayer-Boards eingesetzt. Die unwirtliche Betriebsumgebung erfordert, dass die Baugruppen starke Strahlung und hohe Temperaturen aushalten müssen.
Altium Designer ermöglicht es den Studenten, diese komplexen Aufgaben zu bewältigen, indem es leistungsfähige Eingabe- und PCB Layout-Tools in einer intuitiven, einfach zu benutzenden Designumgebung zur Verfügung stellt. Das vereinheitlichte Design-System ermöglicht einen effizienten, kollaborativen Workflow über alle Phasen des Design-Prozesses, und all dies innerhalb einer einzigen Anwendung. Mit dieser einheitlichen Benutzeroberfläche können die Studenten außerdem Änderungen auf allen Ebenen des Designs implementieren. So können z.B. Design-Änderungen auf Grund der Ergebnisse der Prototypentests erforderlich sein.
Die Ergebnisse
Das Team der Fachhochschule Aachen hat das Design- und Prototypen-Entwicklungsprogramm erfolgreich bewältigt und ist zur Produktion des Engineering-Modells des Satelliten übergegangen. Die Ergebnisse der darauf folgenden Systemqualifizierungstests zeigen dann, ob der Satellit für den Weltraum bereit ist. Die Studenten freuen sich bereits auf den Weltraumstart ihres COMPASS-1 Satelliten.
Während dieses gesamten Prozesses hat sich Altium Designer als ein leistungsfähiges und entscheidendes Element des Raumfahrtdesign- und Entwicklungsprogramms an der Fachhochschule Aachen bewährt. Hier lernen Studenten, wie sie High-Tech-Projekte in der Praxis mit der neuesten Technologie und den neuesten Design-Methoden umsetzen. Altium und das fortlaufende Satellitenprogramm des Fachbereichs Luft- und Raumfahrttechnik an der Fachhochschule Aachen tragen dazu bei, die nächste Generation von Raumfahrtingenieuren auszubilden – Ingenieure, die innovativere Designlösungen schneller erstellen können.
Informationen zur Universität
Die Fachhochschule Aachen legt in Forschung und Lehre den Schwerpunkt auf die praktische Anwendung der Wissenschaft. Die Fachhochschule Aachen arbeitet eng mit regionalen und internationalen Unternehmen, renommierten Forschungsinstituten wie dem Forschungszentrum Jülich und Universitäten auf der ganzen Welt zusammen. Dies garantiert, dass die Studenten eine Ausbildung erhalten, die den immer höheren Anforderungen des heutigen Arbeitsmarktes entsprechen, einschließlich Elektrotechnik und Information-Engineering.
Die Fachhochschule Aachen hat mehr als 8000 Studenten, mehr als 220 Professoren, rund 200 Dozenten und weitere 450 Mitarbeiter an den beiden Standorten Aachen und Jülich. Die Fachhochschule wurde 1971 gegründet und zählt zu den größten Fachhochschulen in Deutschland. Weitere Informationen zum COMPASS-1 Pico-Satellit-Projekt an der Fachhochschule Aachen finden Sie unter: www.raumfahrt.fh-aachen.de.
