Das Space Flight Laboratory des Institute of Aerospace Studies der Universität Toronto nutzt Altium-Technologie zur Ausbildung von Raumfahrtingenieuren der nächsten Generation.
„Ohne Altium Designer wäre es sehr viel schwieriger für das UTIAS/SFL, den engen Zeit- und Budgetrahmen einer Raumfahrmission einzuhalten. Bei diesen Missionen sind ein schneller Bau und Test für den Erfolg von entscheidender Bedeutung. Der Einsatz von Altium Designer gewährleistet uns schnellere Turnaround-Zeiten und weniger Designzyklen, so dass wir mehr Satelliten als bisher innerhalb der gleichen Zeit entwickeln können.“
- Robert Zee,
Director, Space Flight Laboratory, University of Toronto
Die Anforderung
Wenn man sich in der Elektronik auf etwas verlassen kann, dann darauf, dass die Designs immer kleiner und leistungsfähiger werden. Dies ist ein Mantra, das von den meisten Ingenieuren befolgt wird und das auch die Gruppe von Studenten im University of Toronto Institute for Aerospace Studies, Space Flight Laboratory (UTIAS/SFL) motiviert. Ihr Ziel ist es, eine Reihe von kleinen und komplexen Nanosatelliten zu entwickeln (Satelliten mit weniger als 10 kg Gewicht), um so neuartige Raumfahrttechnologie voranzutreiben, die Entwicklung zu beschleunigen und die Kosten für die Erforschung des Weltalls zu reduzieren.
Mit dem Programm „CanX“ für „Canadian Advanced Nanospace eXperiment“ beabsichtigt man die Weltraumforschung voranzutreiben, indem innovative und trotzdem kosteneffektive Satelliten für anspruchsvolle Weltraummissionen erstellt werden. Die Studenten benötigen bis zu drei Jahre für einen Satelliten und befassen sich mit allen Aspekten des Designprozesses. Angesichts der engen Zeitpläne und Budgets sind sich die Studenten am UTIAS/SFL sehr bewusst, wie wichtig es ist, menschliche Fehler auf ein Minimum zu reduzieren und Designzyklen zu verkürzen.
Die Herausforderung
Das jüngste Projekt ist CanX-2, ein 3,5 kg schwerer Satellit, der 10 x 10 x 34 cm groß ist. Der Satellit steckt voller beeindruckender Elektronik und bringt wichtige Technologien hervor wie ein neues Antriebssystem, kundenspezifische Funksysteme, Computer, Höhensensoren und Aktuatoren sowie einen Dual-Band GPS Receiver. Diese Technologien tragen zur Weltraumforschung bei und unterstützen gleichzeitig die UTIAS/SFL-Studenten bei der Verfeinerung der Technologien, die bei zukünftigen CanX-Missionen zum Einsatz kommen.
Außerdem hat CanX-2 mehrere verschiedene Elektroniksubsysteme, zu denen eine Vielzahl von digitalen, analogen RF und Mixed-Signal-Systemen gehören. Die Instrumentierung, rechnergestützte Verarbeitung (digitale I/Os), Funktechnik (Kommunikation), Leistungselektronik und die wissenschaftliche Instrumentierung wurden von den Studenten im UTIAS Space Flight Laboratory entwickelt. Eine zusätzliche Herausforderung besteht darin, dass diese komplexen Subsysteme den engen Designvorgaben unterliegen wie die anderen Experimente der Universität, die an Board des CanX-2 sein werden.
Die Lösung
Bei der Ausbildung von Studenten für die Zukunft der Raumfahrttechnik ist es wichtig, dass sie die Prinzipien des Elektronikdesigns erlernen und nicht nur ein bestimmtes Tool beherrschen. Altium Designer überwindet die Barrieren, die durch das Erlernen von unterschiedlichen, punktuellen Tools aufgebaut werden, indem es verschiedene Designdisziplinen in einem einfach zu benutzenden System zusammenführt. Die Studenten können im System ganz einfach navigieren und die unterschiedlichen Assistenten und Funktionen nutzen, die in Altium Designer zur Verfügung stehen. So können die Studenten z.B. den IPC Footprint Editor einsetzen, einen Assistenten, mit dem Benutzer ihre eigenen IPC (Institute for Printed Circuits) Standard Component Footprints erstellen können. Mit diesem Assistenten lassen sich in weniger als zehn Minuten neue Footprints erzeugen und somit viele Stunden sparen, die ansonsten für eine manuelle Erstellung dieser Footprints nötig wären.
Enge Designvorgaben bedeuten, dass die Entflechtung für die Studenten mit erheblichen Herausforderungen verbunden ist. Sie müssen kreativ darüber nachdenken, wie sie den verfügbaren Platz auf dem Board optimal nutzen. Die interaktive Routing-Funktion von Altium Designer kombiniert regelbasierte und vielseitige interaktive Routing-Modi mit systemgestützten Entflechtungsvorschlägen und optimierter Konnektivität, um den Prozess zu automatisieren. Die Studenten ersparen sich so die mühselige und manchmal fehleranfällige Aufgabe, das Board manuell zu entflechten. Ohne sich mit der Implementierung der Basistechnologie beschäftigen zu müssen, können sich die Studenten stattdessen auf ein innovatives Design und die Leistungssteigerung des Endprodukts konzentrieren.
Die Ergebnisse
CanX-2 ist ein anspruchsvolles Projekt. Trotzdem haben es die UTIAS/SFL-Studenten geschafft, die Kosten- und Zeitvorgaben des Raumfahrtprojektes einzuhalten. Seitdem sie Altium Designer einsetzen, kommt es immer wieder vor, dass die Studenten ihre Designs innerhalb von nur ein oder zwei Designzyklen fertigstellen. Sie verbessern und beschleunigen ihren Elektronikdesignprozess kontinuierlich. Indem sie verschiedene Tools zur Automatisierung von Prozessen nutzen, wie z.B. Altium Designer Design Rule, können die Studenten in ihrem Design- und Budgetrahmen bleiben und potentielle Probleme bei der Fertigung der Boards weitgehend vermeiden. Kurz gesagt, die UTIAS Studenten konnten ihr Ziel erreichen, die Erforschung des Weltalls kostengünstiger und einfacher zu machen.
Informationen zu diesem Projekt
CanX steht für Canadian Advanced Nanospace eXperiment und ist ein Satellitenprogramm, das die Ausbildung von Raumfahrtingenieuren der nächsten Generation zum Ziel hat. Ein Team von etwa zwölf Studenten benötigt zwei bis drei Jahre, um im Rahmen ihres Diplomstudiums einen Nanosatelliten zu entwickeln. Jedes Satellitenprojekt testet neue Technologien für die Raumfahrtforschung und ermöglicht kleinere und billigere Satelliten für Raumfahrtmissionen. Als Fortführung des CanX-Programms werden 2009 die BRITE Satelliten (CanX-3A,B,C,D) und CanX-4&5 gestartet.
Informationen zur Universität
Die Universität Toronto ist eine der führenden Universitäten der Welt und wurde 1827 gegründet. Sie bietet eine breite Palette von Undergraduate- und Post-Graduate-Abschlüssen, die von 17 Fakultäten unterstützt werden. Die Universität befindet sich in Ontario, sie hat 70.143 Studenten und mehr als 422.000 Alumni.
Weitere Informationen zur Universität Toronto finden Sie unter http://www.utoronto.ca/ Über das CanX-Programm können Sie sich hier informieren: http://www.utias-sfl.net/
