Studenten am Tokyo Institute of Technology verwenden Altium Protel®, um innovative CubeSat-Satelliten zu entwickeln
"Mit Protel von Altium können Studenten komplexe Designs und Boards produzieren, die professionellen Standards entsprechen, ohne wertvolle Entwicklungszeit zu verlieren."
Naomi Miyashita
The Laboratory for Space Systems (LSS) - Doctral Course
Tokyo Institute of Technology
Das Laboratory for Space Systems (LSS) am Tokyo Institute of Technology hat revolutionäre Mikro-Satelliten entwickelt, und zwar auf der Basis des globalen CubeSat-Standards, der 1999 beim University Space Systems Symposium in Hawai von Professor Bob Twiggs von der Stanford University vorgeschlagen wurde. Unter der Leitung von Professor Saburo Matunaga verwenden die Studenten am LSS Standardbauteile, um die würfelförmigen Satelliten zu erstellen. Die Seiten sind jeweils nur 10 cm lang und der ganze Satellit wiegt weniger als ein Kilo. Ihr erstes Projekt, von den Studenten CUTE-1 genannt, wurde 2003 zusammen mit vier weiteren Universitäts-CubeSat-Satelliten vom Russischen Raketendienst Eurorckot in das Weltall geschossen.
Die wichtigsten Herausforderungen
Um ihren CubeSat-Satelliten erfolgreich zu entwerfen, konstruieren und testen, sahen sich die Studenten am LSS mit einer Reihe von Herausforderungen in den unterschiedlichsten Disziplinen konfrontiert, wie etwa Mechanik, Leichtgewichtfertigung, Bauteilauswahl, Boden-zu-Satellit Kommunikation, Testen und Zertifizieren von Raumfahrzeugen und Projektmanagement. Diese Entwicklungs- und Konstruktionsaufgaben werden normalerweise von professionellen Satellitenherstellern erledigt. Die Studenten mussten alle Aspekte der Satellitenfertigung bewältigen, während sie sich gleichzeitig neue Technologien und Designtechniken erlernen mussten.
Dabei muss während der Design- und Konstruktionsphase des Minisatelliten die unwirtliche Umgebung des Weltalls in Betracht gezogen werden. Die extreme Kälte kann sich auf die Beweglichkeit von mechanischen Teilen und die Temperatur der Systemelektronik auswirken. So müssen Leiterplatten zum Beispiel extrem zuverlässig und kompakt genug sein, um den Größen- und Gewichtsvorgaben des CubeSat-Formats zu entsprechen. Diese Anforderungen und die begrenzte Zeit, die für die Designphase zur Verfügung steht, stellen hohe Anforderungen an die Elektronikdesign-Software, die von den Studenten eingesetzt wird.
Die Herausforderungen annehmen
Der kontinuierliche Erfolg des CubeSat-Programms belegt die Einsatzbereitschaft und den Enthusiasmus der Studenten am Tokyo Institute of Technology. Sie haben ihr Satellitendesign und ihre Konstruktionsprozesse immer weiter verfeinert. Der Einsatz von Protel®* anstelle von mehreren inkompatiblen Softwarepaketen für Schaltungsdesign, Simulation und Leiterplatten-Layout hat erheblich zu diesen Verbesserungen beigetragen. Die komplett integrierte Protel-Lizenz bietet den Studenten fortschrittliche Design- und Simulationsfunktionen, eine intuitive, einfach zu erlernende Designschnittstelle und aktuellste Technologie mit vollständigem Support von FPGA-Bausteinen. Mit Protel können die LSS-Studenten komplexe Designs und Boards produzieren, ohne wertvolle CubeSat-Entwicklungszeit damit zu verschwenden, dass sie mehrere Softwaresysteme erlernen.
Die Ergebnisse
Seit dem erfolgreichen Start des CUTE-1 Satelliten am 30.6.2003 hat die Bodenstation am Tokyo Institute of Technology kontinuierlich telemetrische Daten zu Stromversorgungssystemen und Flugstatus des Satelliten erhalten und über Uplink-Befehle On-Board Systeme implementiert. Die LSS-Studenten haben wertvolles Wissen und umfangreiche Erfahrungen zu Technologie und Betrieb von kleinen Satellitensystemen aufgebaut und gleichzeitig die Durchführbarkeit des kostengünstigen CubeSat-Konzepts bewiesen.
Mittlerweise ist CUTE-1 seit mehr als einem Jahr in Betrieb. Die LSS-Studenten haben mit der Arbeit an ihrem nächsten kostengünstigen Mikrosatelliten begonnen, und zwar diesmal mit einem neuen Designansatz, der auf einem Standard-PDA und den entsprechende Peripheriebausteinen beruht. Das neue CubeSat-Projekt trägt den Namen Cute-1.7 und verwendet neue Strahlungsschutz-Methoden. Dadurch soll das Konzept der Satellitensysteme mit bezahlbaren Standardbauteilen weiter unterstützt werden. Die weiteren Funktionen umfassen ein radikal neues Magnetic Touquer-System, das mit dem Magnetfeld der Erde zusammenspielt, um die Lage zu kontrollieren, einen Funk-Digipeater, der öffentlich zugänglich ist, und einen universellen „Container“-Raum für verschiedene Experimente.
Informationen zur Universität
Das japanische Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) wurde 1881 gegründet und setzt sich aus den Standorten Ookayama, Suzukakedai und Tamachi zusammen. Es wird weltweit als eine der führenden Universitäten für Naturwissenschaften und Technologie angesehen.
Das Laboratory for Space Systems (LSS) im Department of Mechanical and Aerospace Engineering ist auf das Studium und die Entwicklung von neuartigen Robotersystemen für die Raumfahrt auf Basis von flexibler Multi-body Dynamik und Steuerung spezialisiert. LSS hat Forschungsarbeiten zu den Themen rekonfigurierbare Raumfahrtsysteme wie „Reconfigurable Brachiating Robot”-Systeme durchgeführt, die im Japanese Experimental Module der internationalen Raumstation getestet werden sollen, Roboter-Satellitenclustersysteme und Smart Devices mit Astronautenunterstützung. Darüber hinaus ist Tokyo Tech an einem internationalen Universitätsprojekt zur Entwicklung von kleinen Satellitensystemen beteiligt.
Protel bietet den Studenten an der Tokyo Tech die notwendigen Funktionen, um ihr Board-Level Design vom Konzept bis zur Fertigung zu begleiten.
Weitere Informationen zum Tokyo Institute of Technology und dem Laboratory for Space Systems finden Sie unter den Adressen www.titech.ac.jp und www.lss.mes.titech.ac.jp
